Valorización energética de lodos biológicos de planta de tratamiento de aguas servidas.

Abstract

La planta de tratamiento de Coyhaique (Aguas Patagonia) genera lodos biológicos cuya disposición presenta severos desafíos ambientales y ofrece un interesante potencial de valorización. En efecto, la generación de biogás a partir de dichos lodos y su transformación en electricidad es una opción bastante frecuente en muchos países; sin embargo, no existe claridad acerca de su viabilidad económica bajo las condiciones existentes en la Región de Aysén. Esta memoria de título tiene como objetivo evaluar técnica y económicamente la opción de generación eléctrica a partir de los lodos secundarios de dicha planta de tratamiento. Los objetivos específicos se centran en estimar la tasa potencial de generación de biogás en base a los datos históricos de funcionamiento de la planta de tratamiento, dimensionar un sistema para generación de biogás y electricidad a partir de los lodos biológicos, y determinar los parámetros de rentabilidad económica asociados a la generación eléctrica a partir del biogás generado. En base a los antecedentes recopilados, se estima una generación de biometano y de electricidad del orden de 97,1 m3/día y 367 kWh/día, respectivamente. Con las condiciones del estudio se requiere un biodigestor continuo de mezcla completa con un volumen de 3.477 m3 y un intercambiador de calor para transferir 225 kW al biodigestor. Debido a las bajas temperaturas de los lodos (13 – 17°C) se requiere un suministro energético de 203kW para mantener una temperatura de 33,1°C en el biodigestor, lo que reduce de manera significativa la cantidad de energía útil para exportar. Desgraciadamente, bajo las condiciones de este estudio, el proyecto no es rentable, ya que la inversión requerida es del orden de US$ 6,6 millones, con un VAN de USD$ -7,8 millones y TIR del 7%, considerando un plazo de 25 años y una tasa de descuento del 15%. La rentabilidad de un proyecto de estas características podría incrementar si se aumenta la escala de producción, reducen las pérdidas de calor del sistema, incrementa la concentración de lodos tratados e incluye la venta de bio-abono como subproducto de mayor valor agregado.

The Coyhaique treatment plant (Aguas Patagonia) generates biological sludge whose disposal presents severe environmental challenges and offers an interesting potential for valorization. Indeed, the generation of biogas from such sludge and its transformation into electricity is a common option in many countries; however, its economic feasibility under the existing conditions in the Aysén Region is not clear. The objective of this thesis is to evaluate the option of electricity generation technically and economically from the secondary sludge of this treatment plant. The specific objectives are focused on estimating the potential rate of biogas generation based on the historical data of the treatment plant operation, dimensioning a system for biogas and electricity generation from biological sludge, and determining the economic profitability parameters associated with electricity generation from the biogas generated. Based on the background information gathered, biomethane and electricity generation is estimated at 97,1 m3/day and 367 kWh/day, respectively. Under the conditions of the study, a continuous full-mix biodigester with a volume of 3,477 m3 and a heat exchanger to transfer 225 kW to the biodigester are required. Due to low sludge temperatures (13 - 17°C) an energy supply of 203kW is required to maintain a temperature of 33.1°C in the biodigester, which significantly reduces the amount of useful energy for export. Unfortunately, under the conditions of this study, the project is not profitable, since the required investment is of the order of US$ 6.6 million, with an NPV of US$ -7.8 million and IRR of 7%, considering a term of 25 years and a discount rate of 15%. The profitability of such a project could be increased by increasing the scale of production, reducing the heat losses of the system, increasing the concentration of treated sludge and including the sale of bio-compost as a value-added by-product.