Evaluación del impacto del ciclo de vida y evaluación del costo del ciclo de vida para plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas y descentralizadas en Tailandia

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 14540 (2022) Citar este artículo

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Detalles de métricas

Esta investigación investiga la rentabilidad de cuatro escenarios de tratamiento de lodos para plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) centralizadas (C) y descentralizadas (D) utilizando la evaluación del costo del ciclo de vida (LCCA). Los impactos ambientales y los costos están cuantificados por Stepwise2006. La opción de construcción de WWTP más ambiental y financieramente viable para Bangkok, Tailandia (2022-2031) se determina en términos de LCCA y valor actual neto (VAN). Los costos ambientales de los escenarios de tratamiento D son más bajos que los de los escenarios de tratamiento C. Los costos ambientales totales de los escenarios de fertilizantes C y D son más bajos que los de los escenarios de deshidratación C y D. El flujo de caja neto por unidad funcional de las EDAR-C es superior al de las EDAR-D. El escenario del fertilizante C es el escenario de tratamiento más ambiental y económicamente viable debido al menor déficit de LCCA (−5,58 THB2020 por m3 de efluente tratado). Por lo tanto, se debe adoptar el compostaje para el tratamiento de lodos. La opción de construcción de WWTP más ambiental y económicamente viable es la opción I (construir cuatro WWTP C en 10 años) debido al déficit de LCCA más bajo (−19925 millones de THB2020) y la pérdida financiera más pequeña (VAN = −6309,96 millones de THB2020). Esencialmente, la administración local de la capital debería adoptar la opción I como guía para formular la política de gestión del tratamiento de aguas residuales de 2022-2031.

El rápido crecimiento de la población y la urbanización contribuyen a aumentar la demanda de recolección y tratamiento de aguas residuales. En áreas urbanizadas, las aguas residuales domésticas se recolectan y tratan en una planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR) centralizada (C) o descentralizada (D). La gestión de aguas residuales C generalmente involucra extensas redes de alcantarillado, un sistema de recolección de aguas residuales complejo y eficiente, tecnología de tratamiento estándar y alta eficiencia de tratamiento. Mientras tanto, en la gestión de aguas residuales D, las aguas residuales domésticas se recogen y tratan cerca de la fuente mediante subsistemas modulares, lo que hace innecesaria la construcción de redes de alcantarillado complejas, lo que a su vez mejora la flexibilidad del sistema1.

Varios factores influyen en la decisión de inversión entre los sistemas de gestión de aguas residuales C y D, por ejemplo, el suministro de la red de alcantarillado, la oportunidad de uso de la tierra, la disponibilidad de personal calificado y la capacidad financiera y técnica2. Como resultado, en muchos países en desarrollo, dada la restricción financiera, la gestión de aguas residuales D se considera una alternativa económicamente viable a la gestión de aguas residuales C.

Los costos de construcción y operación de los sistemas de tratamiento de aguas residuales D varían mucho, según el número y el diseño de los subsistemas modulares. Además, el costo total del sistema de tratamiento D equipado con grandes subsistemas modulares es generalmente más bajo que el del sistema de tratamiento de aguas residuales C, debido a las menores necesidades de operación y mantenimiento del sistema de tratamiento D. Además, los subsistemas modulares D bien diseñados poseen una ventaja de costos sobre la gestión de aguas residuales C3.

Life cycle thinking focuses on the environmental and socio-economic impacts of a product or service through the entire lifecycle (2022)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR4" id="ref-link-section-d86418223e369"> 4. La evaluación del ciclo de vida (LCA) normalmente se enfoca en los impactos ambientales, por ejemplo, toxicidad humana, ecotoxicidad, calentamiento global, eutrofización y agotamiento de recursos, y consta de cuatro pasos: (1) definición del límite del sistema, unidad funcional y suposiciones, (2) vida inventario de ciclo (LCI), (3) evaluación del impacto del ciclo de vida (LCIA) e (4) interpretación5,6. Para el impacto económico, el coste del ciclo de vida (LCC) tiene en cuenta el flujo de caja neto, es decir, las fuentes de ingresos y gastos, mientras que la evaluación del coste del ciclo de vida (LCCA) tiene en cuenta el LCC y los costes medioambientales7.

Los estudios LCA existentes que incorporan el concepto de costo del ciclo de vida (LCC) se enumeran en la Tabla 1. Esencialmente, los estudios existentes se centran principalmente en los sistemas centralizados de tratamiento de aguas residuales, por ejemplo, Awad et al.8, Tabesh et al.9, Polruang et al. .10, Bertanza et al.11. Mientras tanto, Lorenzo-Toja et al.12, Lorenzo-Toja et al.13 investigaron los sistemas de tratamiento de aguas residuales C y D en términos de LCA y LCC.

Sin embargo, no existe ninguna investigación que investigue comparativamente los sistemas de tratamiento de aguas residuales C y D mediante el uso de LCCA. Esta investigación actual es, por lo tanto, la primera que aplica el concepto LCCA para investigar comparativamente la gestión de aguas residuales C y D.

Específicamente, los objetivos de esta investigación son: (1) investigar comparativamente los impactos y costos ambientales por LCA y la rentabilidad por LCCA de los sistemas biológicos de tratamiento de aguas residuales con C y D en cuatro escenarios de tratamiento de lodos (deshidratación con C, fertilizante C, deshidratación D, fertilizante D); y (2) determinar el escenario de tratamiento de lodos más rentable con los impactos ambientales más bajos y el flujo de efectivo neto más alto. Además, este estudio también determina la opción de construcción de EDAR más ambiental y financieramente óptima para la capital de Tailandia, Bangkok, entre 2022 y 2031 con respecto al LCCA y el valor actual neto.

La Figura 1 muestra el marco general de investigación y la metodología de los cuatro escenarios de tratamiento de lodos y las cuatro opciones de construcción de la PTAR.

El marco general de investigación y la metodología de (A.) cuatro escenarios de tratamiento de lodos y (B.) cuatro opciones de construcción de PTAR.

El límite del sistema es el ciclo de vida de la cuna a la tumba, que abarca la construcción, la recolección y el transporte de aguas residuales por tubería a las plantas de tratamiento de aguas residuales, la operación de tratamiento, el mantenimiento del sistema y la gestión de lodos. El límite del sistema excluye la demolición de la planta debido a la falta de disponibilidad de datos específicos de Tailandia. La unidad funcional (UF) es un metro cúbico (m3) de efluente tratado. El efluente cumple con los requisitos sobre estándares de efluentes del organismo regulador del país23. Los datos sobre las características de afluentes y efluentes pertenecen a los años 2016–2017.

Bangkok, la capital de Tailandia, tiene actualmente ocho plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas (es decir, plantas de Bangsue, Chatuchak, Chongnonsi, Dindaeng, Nongkaem, Rattanakosin, Sipraya y Thungkru) y 12 plantas de tratamiento de aguas residuales descentralizadas (es decir, Bangbua, Bangna, Bonkai, Huai-khwang, Hua-mark ). , Khlong Chan, Khlong Toei, RamIntra, Romklao, Thasai y Tungsonghong I y II).

La Figura 2 muestra dos escenarios de tratamiento de lodos centralizados (C): escenarios de tratamiento de deshidratación C y fertilizante C (descomposición) y dos escenarios de tratamiento de lodos descentralizados (D): escenarios de tratamiento de deshidratación D y fertilizante D (descomposición).

Datos de inventario promedio de escenarios de tratamiento de lodos centralizados y descentralizados: deshidratación C, fertilizante C, deshidratación D y fertilizante D.

The 2016–2017 average inventory data of the centralized (i.e., C-dewatering and C-fertilizer) and decentralized sludge treatment scenarios (D-dewatering and D-fertilizer) are also respectively provided in Fig. 2 and Table SI-1 of Supplementary Information (SI) (2018)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR24" id="ref-link-section-d86418223e1529"> 24. En el análisis, este estudio se centra en las ocho PTAR centralizadas existentes y siete (de 12) PTAR descentralizadas debido al cierre temporal de las PTAR descentralizadas restantes por renovación o por falta de datos. La capacidad media de las EDAR centralizadas y descentralizadas es de 139.000 y 2357 m3 por día, respectivamente. Se supone que la vida útil de los sistemas de red de alcantarillado y EDAR es de 30 años.

Las emisiones al aire se calculan siguiendo los lineamientos del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático y la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos25,26. Para las plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas, el lodo como coproducto del tratamiento de aguas residuales se digiere anaeróbicamente para obtener biogás y se descompone para obtener fertilizante. Por su parte, para las EDAR descentralizadas, los lodos se tratan mediante deshidratación para residuos orgánicos secos. Debido a la falta de disponibilidad de datos, la operación de digestión anaerobia se excluye de este estudio.

La deshidratación es un proceso mecánico para separar las partes sólidas de las líquidas con el fin de reducir el contenido de humedad del lodo27. En este estudio, todas las EDAR centralizadas y descentralizadas están equipadas con el sistema de espesamiento para eliminar el contenido de humedad de los lodos hasta en un 3%27. Después del espesamiento, para el tratamiento centralizado de aguas residuales, el lodo se transporta en camión a la planta de tratamiento de aguas residuales de Nongkeam para convertirlo en biogás y fertilizante (es decir, descomposición). Mientras tanto, para el tratamiento descentralizado de aguas residuales, los lodos se secan al sol y se usan para rellenar la tierra (es decir, deshidratación).

In the decomposition, 70% sludge and 30% organic matter are composted by the windrow method to improve the quality of compost (2018)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR24" id="ref-link-section-d86418223e1562">24. Según Seleiman et al28, el lodo contiene 25,77, 12,98 y 3,40 g de nitrógeno, fósforo y potasio por kg de materia seca.

Esta investigación actual se basa en el modelo consecuencial de LCI. Para la deshidratación, los lodos se utilizan para rellenar el terreno, mientras que los lodos se utilizan como sustituto de fertilizantes químicos para la descomposición.

El LCI de cuatro escenarios de tratamiento de lodos (deshidratación C, fertilizante C, deshidratación D, fertilizante D) se evalúan los impactos ambientales utilizando Stepwise2006 de SimaPro basado en la base de datos ecoinvent. La Tabla SI-2 de SI proporciona los detalles de las categorías de impacto de punto medio en el método Stepwise2006. Esta investigación se enfoca en catorce impactos ambientales, incluyendo toxicidad humana (carcinógenos), toxicidad humana (no carcinógenos), ecotoxicidad acuática, ecotoxicidad terrestre, calentamiento global (fósil), compuestos orgánicos respiratorios, compuestos inorgánicos respiratorios, ozono fotoquímico, acidificación, eutrofización acuática, contaminación terrestre. eutrofización, ocupación de la naturaleza, energías no renovables y extracción de minerales. Todos los impactos ambientales se agrupan en tres categorías de daños, es decir, impactos en el ecosistema, el bienestar humano y el agotamiento de los recursos. Adicionalmente, el impacto sobre el ecosistema se clasifica en impactos atmosféricos, litosféricos e hidrosféricos.

The environmental costs are determined by Stepwise monetary weighting factors that detail in Table SI-3 of SI29,30 and converted into the year 2020 Thai currency (THB2020) (2020)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR31" id="ref-link-section-d86418223e1594">31 utilizando la paridad del poder adquisitivo (PPA) (es decir, PPPUS$2002 y PPPTHB2002) y el índice deflactor del producto interno bruto (PIB) de Tailandia de 2002 y 2020. Los detalles de la conversión de moneda se proporcionan en la Tabla SI-4 de SI.

De acuerdo con ISO14044:20065, el análisis de sensibilidad tiene como objetivo evaluar la confiabilidad de los resultados finales. En primer lugar, el consumo de electricidad es el principal contribuyente de los impactos ambientales32, por lo que se supone que todos los escenarios de tratamiento de lodos (deshidratación con C, fertilizante con C, deshidratación con D, fertilizante con D) reducen con éxito el consumo de electricidad en un 10%, 20 % y 30%. Además, la evidencia muestra que la elección del método LCIA influye en los resultados del impacto ambiental33. Como resultado, esta investigación también realiza el análisis de sensibilidad de los cuatro escenarios de tratamiento de lodos (C-deshidratación, C-fertilizante, D-deshidratación, D-fertilizante), dado un 10%, 20% y 30% de consumo de electricidad reducido, utilizando Línea de base de CML-IA y métodos ReCiPe a nivel de punto medio, además de Stepwise2006.

In the LCCA, the source of revenue (or cash inflow) is the sale of decomposed sludge fertilizer which is priced at 2 THB/kg. For the expenditures (or cash outflow), the construction costs, including the costs of collection system, treatment plant, and dewatering system, are gleaned from publicly available data and prior publications34,35,36. The operation and maintenance (O&M) costs include the costs of electricity, water supply, chemical reagents, sludge treatment, and administrative overheads, e.g., wage, management fee (Department of Drainage and Sewerage (2018)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR24" id="ref-link-section-d86418223e1638">24

The construction and O&M costs are converted into the 2020 Thai baht (THB2020) based on the purchasing power parity (PPP) and gross domestic product (GDP) deflator index (2020)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR31" id="ref-link-section-d86418223e1647">31. El índice deflactor de la PPA y el PIB se utiliza para reconciliar las diferencias entre las tres monedas (US$, EUR y baht tailandés) y múltiples períodos de tiempo.

El LCCA de cuatro escenarios de tratamiento de lodos (C-deshidratación, C-fertilizante, D-deshidratación, D-fertilizante) implica sus respectivas entradas y salidas de efectivo y los costos ambientales. En esta investigación, el escenario de tratamiento de lodos más rentable posee el mayor excedente de LCCA o el menor déficit de LCCA.

The current total capacity of the centralized and decentralized WWTPs in the capital Bangkok is 1,112,000 and 25,000 m3 per day, respectively. The new centralized WWTP in Minburi district is currently under construction and expected to be complete in 2022, with the maximum wastewater treatment capacity of 10,000 m3 per day. In 2021, all the existing WWTPs combined are capable of treating only 68.33% of Bangkok's municipal wastewater, given the per-capita daily wastewater generation of 0.2 m3 (2017)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR37" id="ref-link-section-d86418223e1670">37 y la población de 8,39 millones38.

By 2027, the population of Thailand's capital Bangkok is projected to be 8.48 million, with the wastewater generation of around 1.70 million m3 per day. According to Department of Drainage and Sewerage (2018)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR24" id="ref-link-section-d86418223e1683">24,Japan International Cooperation Agency34, it takes two years to construct a centralized WWTP at the cost of 3358.27 million THB2020; and one year for a decentralized WWTP at the cost of 118.95 million THB2020. An annual budget of around 4500 million THB2020 is set aside for the construction of new WWTPs (Department of Drainage and Sewerage (2018)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR24" id="ref-link-section-d86418223e1698">24

Dadas las restricciones presupuestarias y las limitaciones de capacidad de las plantas de tratamiento de aguas residuales, la Administración Metropolitana de Bangkok (BMA) debería optar por un número ambiental y económicamente óptimo de plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas y descentralizadas futuras que coincidan con la oferta y la demanda de tratamiento de aguas residuales municipales para 2031. Además, en esta investigación, Los costos ambientales y financieros de los cuatro escenarios de tratamiento de lodos (C-deshidratación, C-fertilización, D-deshidratación, D-fertilización) se utilizan para determinar el número combinado óptimo de WWTP centralizadas y descentralizadas a construir (es decir, opciones I, II , III y IV).

In finance, net present value (NPV) is used in capital budgeting and investment planning to determine the profitability of an investment project. Mathematically, NPV is the present value of the future cash flows, discounted at the required rate of return, minus the initial investment. In this research, the discount rate or required rate of return is 10%, given that the discount rate of public infrastructure projects in developing countries is around 10%39. For the planned WWTPs to be constructed in the capital Bangkok, the sources of revenue are fee from wastewater treatment and sale of decomposed sludge fertilizer, while the expenditures include the O&M and environmental costs, excluding the construction cost since the WWTPs are public infrastructure projects funded from state coffers. The wastewater treatment fee is 2 THB2020 per m3 wastewater (2020)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR40" id="ref-link-section-d86418223e1716">40. Este estudio también asume que la BMA podría cobrar el 80% de la tarifa de aguas residuales tratadas.

La Figura 1 muestra las cuatro opciones de construcción de PTAR para el período 2022-2031: construcción de cuatro PTAR centralizadas (opción I), construcción de tres PTAR centralizadas y 60 descentralizadas (opción II), construcción de dos PTAR centralizadas y 127 descentralizadas (opción III) y construir una PTAR centralizada y 194 descentralizadas (opción IV).

Como se muestra en la Fig. 2, la entrada promedio del tratamiento centralizado (C-deshidratación y C-fertilizante), que incluye electricidad, polímero, transporte de polímero y suministro de agua, es más alta que la del tratamiento descentralizado (D-deshidratación y C-fertilizante). fertilizante D). Mientras tanto, la producción promedio del tratamiento centralizado, incluidas las emisiones de aire (CO2, CH4) y agua (DBO, P total), es menor debido a la mayor eficiencia del tratamiento de las EDAR centralizadas. Las emisiones directas de gases de efecto invernadero (GEI) del tratamiento centralizado son inferiores a las del tratamiento descentralizado. Sin embargo, las emisiones indirectas de GEI (es decir, el consumo de electricidad) del tratamiento centralizado son mayores. Los niveles más altos de metales pesados ​​de los escenarios de tratamiento centralizado son atribuibles a una mayor generación de lodos del tratamiento centralizado que del tratamiento descentralizado.

Table 2 shows the contribution analysis results in terms of the environmental impacts of the four sludge treatment scenarios (C-dewatering, C-fertilizer, D-dewatering, D-fertilizer). Under all treatment scenarios, electricity consumption contributes negatively to almost all environmental impact categories, except for human toxicity (non-carcinogens), aquatic ecotoxicity, and aquatic eutrophication. Human toxicity (non-carcinogens) and aquatic ecotoxicity are inversely correlated to heavy metals in sludge, while aquatic eutrophication is inversely correlated to effluent quality. Electricity consumption of C-dewatering and C-fertilizer is the main contributor of mineral extraction, while the main contributor of mineral extraction of D-dewatering and D-fertilizer is tap water consumption. The mechanical aeration is responsible for the lion's share of the electricity cost in wastewater treatment10,16,32. The electricity consumption of the centralized treatment scenarios (0.873 kWh/m3 treated wastewater) is greater than the decentralized treatment scenarios (0.363 kWh/m3 treated wastewater). The average electricity consumption of 22 WWTPs in Spain (0.36 kWh/m3 treated wastewater)12 is lower that both centralized and decentralized treatment scenarios of this study. In comparison with Arashiro et al.21, the electricity consumption and sludge of the decentralized treatment in this study is lower. All of the environmental impacts, excluding aquatic eutrophication, of the centralized treatment scenarios are higher than the decentralized treatment scenarios. The aquatic eutrophication of the centralized treatment scenarios is lower than the decentralized treatment scenarios. This is attributable to lower total phosphorus in the effluent of the centralized treatment scenarios (0.73 g total P per m3 treated wastewater), compared to that of the decentralized treatment scenarios (1.52 g total P per m3 treated wastewater). In comparison with dewatering, sludge decomposition (i.e., for fertilizer) generates lower environmental impacts. According to Seleiman et al.28,Kominko et al.41, sludge is rich in nutrients that are beneficial for crop growth without contaminating groundwater and agriculture produce. However, in this current research, the heavy metals in sludge fertilizer, including copper, cadmium and mercury, exceed the regulatory limits on organic fertilizer standards42. To minimize food-related toxicity in human, the authorities thus stipulate that sludge fertilizers should be used in ornamental plants (Department of Drainage and Sewerage (2018)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR24" id="ref-link-section-d86418223e1795">24

La Figura 3 compara los costos ambientales totales de cuatro escenarios de gestión de lodos (deshidratación C, fertilizante C, deshidratación D, fertilizante D). El costo ambiental total del escenario de deshidratación con C es el más alto (1,69 THB2020 por m3 de efluente tratado), mientras que el del escenario con fertilizante D es el más bajo (0,70 THB2020 por m3 de efluente tratado). De los cuatro escenarios, el impacto en el ecosistema representa la mayor proporción de los costos ambientales (0,52–1,01 THB2020 por m3 de efluente tratado o 59,98–73,71 % de los costos ambientales totales) y la mayor proporción del impacto en el ecosistema es el impacto atmosférico (0,35–0,90 THB2020 por m3 de efluente tratado o 50,16–56,17 % de los costos ambientales totales). Los impactos sobre el ecosistema y el bienestar humano de todos los escenarios cubren más del 90% de los costos ambientales totales. Los costos ambientales totales de los escenarios de tratamiento de lodos centralizados (deshidratación C y fertilizante C) son más altos que los escenarios de tratamiento de lodos descentralizados (deshidratación D y fertilizante D). Los costos ambientales totales de los escenarios de deshidratación (1,69 y 0,83 THB2020 por m3 de efluente tratado para la deshidratación C y D) son más altos que los de los escenarios de fertilizante C y D (1,47 y 0,70 THB2020 por m3 de efluente tratado).

Costos ambientales totales y tres categorías de daños de cuatro escenarios de gestión de lodos.

El análisis de sensibilidad mostró diferencias insignificantes en los impactos ambientales entre los escenarios de deshidratación C y D, dada la reducción en el consumo de electricidad en un 10 %, 20 % y 30 %. Para los escenarios de fertilizantes C y D, los metales pesados, el nitrógeno y el fósforo en los lodos afectan las categorías de toxicidad humana, ecotoxicidad, eutrofización y recursos según los métodos Stepwise2006, CML-IA de referencia y ReCiPe. Los hallazgos son consistentes con Heimersson et al43,Niero et al44,Renou et al.45.

La Figura 4 presenta los ingresos y gastos de los cuatro escenarios de gestión de lodos (C-deshidratación, C-fertilizante, D-deshidratación, D-fertilizante). Los ingresos por la venta de fertilizantes de lodos en los escenarios de fertilizantes C y D son de 0,29 y 0,25 THB2020 por m3 de efluente tratado. Para los gastos, los costos de construcción y operación y mantenimiento de los escenarios de tratamiento centralizado (2,21 y 2,20 THB2020 por m3 de efluente tratado) son más bajos que los de los escenarios de tratamiento descentralizado (4,28 y 7,55 THB2020 por m3 de efluente tratado). En este estudio, los costos financieros totales de los escenarios de tratamiento de lodos centralizados (deshidratación C y fertilizante C) son más altos que los escenarios de tratamiento de lodos descentralizados (deshidratación D y fertilizante D). Sin embargo, el hallazgo contradice a Jung et al.3.

Entrada y salida de efectivo de cuatro escenarios de tratamiento de lodos en baht tailandés 2020.

The construction costs of the existing decentralized treatment scenarios are higher than the centralized treatment scenarios since most of the existing decentralized WWTPs in Thailand were constructed more than three decades and have treated wastewater using energy-inefficient technology, e.g., mechanical aerations46. The decentralized treatment scenarios are classified by the demand for electricity as the small general service and the centralized treatment scenarios as the large general service (2018)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR24" id="ref-link-section-d86418223e2686">24. The electricity cost (THB per kWh) of the small general service (or the decentralized treatment scenarios) of 1.21 THB2020 per m3 treated effluent was higher than that of the large general service (or the centralized treatment scenarios) of 0.70 THB2020 per m3 treated effluent (2021)." href="/articles/s41598-022-18852-y#ref-CR47" id="ref-link-section-d86418223e2699">47. Los gastos generales administrativos, por ejemplo, salario, tarifa de gestión, de los escenarios de tratamiento descentralizado (6,33 THB2020 por m3 de efluente tratado) son más altos que los escenarios de tratamiento centralizado (1,46 THB2020 por m3 de efluente tratado).

La Figura 5 muestra los resultados del LCCA de los cuatro escenarios de gestión de lodos (deshidratación C, fertilizante C, deshidratación D, fertilizante D). El LCCA de los escenarios de tratamiento centralizado (deshidratación C y fertilizante C) (−6,09 y −5,58 THB2020 por m3 de efluente tratado, respectivamente) es más alto que el de los escenarios descentralizados (deshidratación D y fertilizante D) (−12,67 y −12,29 THB2020 por m3 de efluente tratado, respectivamente). Los LCCA de los escenarios de fertilizante C y D (−5,58 y −12,29 THB2020 por m3 de efluente tratado, respectivamente) son más altos que los de los escenarios de deshidratación C y D (−6,09 y −12,67 THB2020 por m3 de efluente tratado, respectivamente). ). Los costos de O&M de los escenarios de tratamiento descentralizado (D-deshidratación y D-fertilizante) representan del 59,61 al 60,24 % de la salida de efectivo total (es decir, los costos de construcción (33,80–34,16 %), ambientales (5,60–6,59 %) y O&M) , a diferencia de los escenarios de tratamiento centralizado (deshidratación con C y fertilizante con C) en los que los costos de construcción, O&M y ambientales representan 36,23–37,59 %, 36,06–37,41 % y 25–27,71 % de la salida de efectivo total, respectivamente.

LCCA de cuatro escenarios de tratamiento de lodos en baht2020 tailandés.

Para los escenarios de tratamiento de lodos más rentables, el escenario del fertilizante C es el escenario más ambiental y económicamente viable dado el ingreso más alto y la salida de efectivo total más baja. En comparación, los costos ambientales de la descomposición de lodos (escenarios de fertilizantes C y D) son más bajos que los de la deshidratación (escenarios de deshidratación C y D). Mientras tanto, los flujos de efectivo netos de la descomposición de lodos son mayores que los de la deshidratación.

La Figura 6 muestra los resultados de LCCA de las cuatro opciones de construcción de WWTP (es decir, opciones I, II, III y IV) para el período 2022–2031. Los costos totales anuales de las cuatro opciones son negativos debido a una mayor salida de efectivo y costos ambientales, en comparación con la entrada de efectivo. El déficit de LCCA de la opción I es el más bajo (-19 925 millones THB2020), seguido de la opción II (-23 613 millones THB2020).

LCCA de las cuatro opciones de construcción de WWTP en millones de baht tailandeses 2020.

Los VPN de las cuatro opciones de construcción de PTAR se proporcionan en la Tabla SI-5 a SI-8 de SI. Los VPN negativos son atribuibles a una menor entrada de efectivo (ingresos), en comparación con la salida de efectivo (gastos). La pérdida financiera, medida por el VAN, de la opción I es la más pequeña (-6309,96 millones THB2020), seguida de la opción II (-6938,15 millones THB2020). Mientras tanto, la tarifa actual de tratamiento de aguas residuales para los residentes de Bangkok de 2 THB2020 por m3 de aguas residuales es 3,5 veces inferior a la tarifa mínima requerida.

La opción I de construcción de EDAR, que implica la construcción de cuatro EDAR centralizadas en un plazo de 10 años entre 2022 y 2031, es la opción de construcción de EDAR más óptima desde el punto de vista ambiental y económico para la capital, Bangkok, dado su déficit de LCCA más bajo (−19925 millones de THB2020) y la menor pérdida financiera (VAN = −6309,96 millones THB2020).

Los hallazgos de la investigación revelan que el consumo de electricidad es el principal contribuyente de los impactos ambientales en los cuatro escenarios de tratamiento de lodos. Todos los impactos ambientales, excluyendo la eutrofización acuática, de los escenarios de tratamiento descentralizado son menores que los de los escenarios de tratamiento centralizado. El costo ambiental total del escenario de fertilizante D es el más bajo (0,70 THB2020 por m3 de efluente tratado), mientras que el del escenario de deshidratación C es el más alto (1,69 THB2020 por m3 de efluente tratado). La mayor proporción de los costos ambientales es el impacto en el ecosistema de los cuatro escenarios (59,98–73,71 % de los costos ambientales totales). Los costes ambientales de los escenarios de tratamiento descentralizado son inferiores a los de los escenarios de tratamiento centralizado. Los costos ambientales totales de los escenarios de fertilizantes C y D son más bajos que los de los escenarios de deshidratación C y D.

Los costos financieros totales de los escenarios de tratamiento centralizado (deshidratación C y fertilizante C) son mayores que los de los escenarios de tratamiento descentralizado (deshidratación D y fertilizante D). Los costos de construcción y O&M de los escenarios de tratamiento descentralizado son más altos que los escenarios de tratamiento centralizado. El déficit de LCCA (incluidos ingresos, gastos y costos ambientales) del escenario de fertilizante C es el más pequeño. Además, el escenario del fertilizante C es el escenario de tratamiento más ambiental y económicamente viable debido a sus mayores ingresos y menores gastos. Específicamente, se debe adoptar el compostaje para el tratamiento de lodos.

La opción de construcción de EDAR óptima desde el punto de vista ambiental y financiero es construir cuatro EDAR centralizadas entre 2022 y 2031 (opción I), dado el déficit de LCCA más bajo (−19925 millones de THB2020) y la pérdida financiera más pequeña (VAN = −6309,96 millones de THB2020). Esencialmente, la Administración Metropolitana de Bangkok, que es el gobierno local de la capital Bangkok, debería adoptar la opción I como guía para formular la política de gestión de tratamiento de aguas residuales de 2022-2031.

Los autores declaran que los datos del inventario y los hallazgos de este estudio están disponibles en el artículo y en la información complementaria.

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Los autores desean expresar su profundo agradecimiento a la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Kasetsart por el soporte del software SimaPro.

Departamento de Ingeniería Ambiental, Facultad de Ingeniería, Universidad de Kasetsart, Bangkok, 10900, Tailandia

Rutjaya Prateep Na Talang, Sanya Sirivithayapakorn y Sucheela Polruang

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RP: Diseño del trabajo, Análisis, Investigación, Interpretación de datos y Redacción–Borrador Original. SS: Conceptualización y Supervisión. SP: Conceptualización, Recursos, Interpretación de datos y Redacción-Revisión y Edición.

Correspondencia a Sucheela Polruang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Prateep Na Talang, R., Sirivithayapakorn, S. & Polruang, S. Evaluación del impacto del ciclo de vida y evaluación del costo del ciclo de vida para plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas y descentralizadas en Tailandia. Informe científico 12, 14540 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18852-y

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Recibido: 22 Abril 2022

Aceptado: 22 de agosto de 2022

Publicado: 25 agosto 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18852-y

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