Tesis Monserrat Ramírez-Melgarejo

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Propuesta Metodológica para Estimar N2O en Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales

Las metodologías para estimar la emisión de N2O en Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) consideran diferentes parámetros estadísticos y operacionales para cuantificar la emisión de Oxido Nitroso (N2O) y un factor de emisión por defecto. Hasta el momento, no existe un análisis y justificación para emplear cada uno de los parámetros. En esta tesis doctoral, Monserrat G. Ramírez propone y estudia un parámetro operacional que contemple todas las formas de nitrógeno presente en el agua residual.

El N2O es uno de los Gases de Efecto Invernadero (GEI) más preocupantes debido a su potencial de calentamiento global y sus efectos en el planeta. Existen una gran variedad de métodos para cuantificar su emisión en una PTAR que utilizan distintos presentan variantes entre ellos, como valores predeterminados y parámetros diferentes para conocer la cantidad de nitrógeno contenida en el agua residual.

Cuando no se cuenta con mediciones in situ de las emisiones producidas en cada planta, las emisiones de GEI se estiman a partir de metodologías. Por esto, y para la realización de esta tesis doctoral, la autora toma como referencia los métodos aceptados a nivel internacional para estimar la emisión de N2O en una PTAR. Algunas de las metodologías empleadas en esta investigación son: la metodología del IPCC propuesta en 2006; el refinamiento de la metodología del IPCC de 2019; la metodología de Snip; la metodología de Chandran; la metodología de Doorn y Liles; y, por último, la metodología de Das.

El principal objetivo de este trabajo es proponer mejoras a los métodos que existen para estimar la emisión de N2O en una PTAR, y además, aplicar una evaluación de eco-eficiencia que integra la incertidumbre de los datos mediante un modelo de tolerancia DEA, que por primera vez considera, salidas deseadas y no deseadas de emisiones de N2O y CH4. Este estudio se centró en estimar la emisión de N2O en las PTAR de dos áreas con alta densidad de población: el área Metropolitana de Barcelona (AMB) y la Ciudad de México (CDMX).

A lo largo de esta tesis, se analizan cada uno de los parámetros principales de las metodologías mencionadas anteriormente y se proponen mejoras para reducir la incertidumbre de la emisión de N2O en PTAR, cuando no es posible realizar campañas de medición in situ. Además, se emplea el método de Monte Carlo para analizar la sensibilidad de los factores de emisión reportados en la literatura.

Para desarrollar la evaluación de eco-eficiencia en PTAR, se utiliza el método de tolerancia DEA (Data Envelopment Analysis), integrando la incertidumbre de los datos. Por primera vez, se considera como salidas del proceso de tratamiento la emisión de metano (CH4) y N2O, además del CO2 por consumo de electricidad. La emisión de CH4 se ha estimado a partir de una metodología reportada en la literatura, y la emisión de N2O se obtuvo con la propuesta desarrollada en esta tesis doctoral.

Un nuevo método para estimar la emisión de N2O

En esta tesis doctoral se propone una metodología más precisa para estimar la emisión de N2O generada en PTAR. Además, se analizan las variables determinantes que influyen en el contenido de nitrógeno en las aguas residuales. Su autora desarrolla un análisis de sensibilidad e incertidumbre de los factores de emisión de N2O en PTAR reportados en la literatura. Entre otros resultados deseables, se aplica una evaluación de eco-eficiencia en PTAR que, por primera vez, integra la emisión de Gases de Efecto Invernadero como parte de las salidas del proceso de tratamiento.

Este proyecto se ha realizado bajo la supervisión de expertos y tomando como referencia publicaciones científicas que abordan este mismo tema. Algunas de sus aplicaciones puede darse para estimar la emisión de N2O en PTAR, considerando los datos operacionales de cada planta, el contenido de nitrógeno total en el agua residual y el factor de emisión sugerido.

Además, la propuesta de estimación de N2O se incorpora por primera vez a una evaluación de eco-eficiencia en PTAR, considerando la incertidumbre de los datos (Método DEA). Esta propuesta metodológica abre un campo nuevo para proponer estrategias de mitigación de N2O en el sector del tratamiento de aguas residuales, y la eficiencia y compromiso de las PTAR, lo que consideramos será utilizado en el futuro tanto para otros doctorandos del área como por investigadores consolidados en el tema.