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Hernández Chover, Vicent
Hernández Sancho, Francesc (dir.) Institut Interuniversitari de Desenvolupament Local |
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Aquest document és un/a tesi, creat/da en: 2020 | |
The urban water cycle, from water collection to discharge, is a process that requires significant
investment in urban infrastructure. In particular, wastewater treatment plants (WWTPs) play an
important role in society, minimizing the environmental impact of wastewater, favouring the
recharge of aquifers, and guaranteeing minimum flow rates. To carry out the purification of the
wastewater, a set of physicochemical treatments are necessary, whose pollutants removal will
depend fundamentally on the discharge limits of the receiving environment. Most of the
facilities have a conventional treatment, which consists of a pretreatment, a primary and a
secondary treatment. In turn, the different processes mentioned involve the use of a great
variety of assets and can be grouped into civil construction, pipes and electromechanical
equipment.
In recent decades, the number of WWTPs has...
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The urban water cycle, from water collection to discharge, is a process that requires significant
investment in urban infrastructure. In particular, wastewater treatment plants (WWTPs) play an
important role in society, minimizing the environmental impact of wastewater, favouring the
recharge of aquifers, and guaranteeing minimum flow rates. To carry out the purification of the
wastewater, a set of physicochemical treatments are necessary, whose pollutants removal will
depend fundamentally on the discharge limits of the receiving environment. Most of the
facilities have a conventional treatment, which consists of a pretreatment, a primary and a
secondary treatment. In turn, the different processes mentioned involve the use of a great
variety of assets and can be grouped into civil construction, pipes and electromechanical
equipment.
In recent decades, the number of WWTPs has increased considerably, mainly due to different
regulations that have gradually increased the demands in terms of environmental safety.
Specifically, Directive 91/271 / EEC involved the construction of a large number of WWTPs due
to the obligation for all urban agglomerations with more than 2,000 equivalent inhabitants to
have collectors and treatment plants. Currently, the vast majority of WWTPs exceed or are close
to exceeding their useful life and their structural condition decreases over time. The
deterioration of the infrastructure implies obtaining lower yields and assuming a greater
number of failures, mainly due to the fatigue of the materials. Furthermore, the deterioration
they suffer not only jeopardizes the present and future sustainability of the wastewater
treatment plants, but also increases the risk of accident and the probability of suffering a derived
environmental impact.
In order to face deterioration and its economic and environmental consequences, public and
private operators have shown great interest in developing programs aimed at the maintenance
and repairs of these facilities. Being aware of the economic impact associated with aging makes
it possible to plan replacements, as well as to optimize the associated maintenance costs. For
this reason, in the article “Cost analysis of the facilities deterioration in Wastewater Treatment
Plants: A dynamic approach” an economic function that explains the maintenance and repair
costs in WWTPs is developed taking into account the age of the facility and its technical
characteristics. Understanding the economic consequences of deterioration makes it possible
to approach asset management from an economic perspective, helping decision makers to
reduce uncertainty regarding the renovation of these infrastructures.
Once the impact of the deterioration on the maintenance costs of the wastewater treatment
infrastructures has been modeled, the influence of these costs on the efficiency of the WWTPs
is evaluated from an economic and environmental point of view. In the article “Efficiency of
wastewater treatment facilities: The influence of scale economies” firstly, the effects of
economies of scale in the sector and, secondly, the behavior of the disaggregated costs that
constitute the purification process before its possible influence are studied. The results confirm
that a larger WWTPs (according to equivalent inhabitants treated) implies a reduction of their
costs. For this, the different dimensions that generate these efficiency variations among the
facilities are identified. In addition, those costs that could be reduced have been identified, being
those related to the energy used in the process and the maintenance. The latter show certain
heterogeneity since it is observed that the WWTPs that treat less than 8,000 equivalent
inhabitants per year present different levels of efficiency. This fact shows that policies aimed at
preventive maintenance can have a lower number of repairs and, consequently, would help to
reduce the costs for plant breakdowns. Finally, the last article, "Preventive maintenance versus
cost of repairs in asset management: An efficiency analysis in wastewater treatment plants",
analyzes the relationship between preventive maintenance and repairs in wastewater
treatment facilities. This approach is novel and highly relevant for two reasons. Firstly, the
efficiency calculation in the facilities will consider the minimization of factors that may harm the
process, that is, the breakages and repairs that take place in these infrastructures. In this sense,
a higher economic cost due to repairs will penalize the overall efficiency of the WWTP analyzed.
Secondly, obtaining an efficiency index associated with each unwanted input and output makes
it possible to analyze, afterwards, the implications of different preventive maintenance policies
carried out in the WWTPs analyzed. The conclusions make it possible to establish the levels of
costs dedicated to preventive maintenance that minimize breakdowns and, furthermore,
suggest the optimal costs that WWTPs should incur taking into account the information of those
WWTPs that offer greater efficiencies in this regard.El ciclo del agua, desde la captación hasta el vertido, es un sector que implica una importante
inversión en infraestructuras urbanas. En particular, las estaciones depuradoras de aguas
residuales (EDARs) juegan un importante papel en la sociedad, evitan que diversos
contaminantes lleguen al medio, favorecen la recarga de acuíferos y garantizan caudales
mínimos. Con el fin de llevar a cabo la depuración de las aguas residuales son necesarios un
conjunto de tratamientos fisicoquímicos, el grado de tratamiento requerido para el agua
residual depende fundamentalmente de los límites de vertido para el efluente. La mayor parte
de las instalaciones disponen de un tratamiento de tipo convencional, el cual consta de un
pretratamiento, un tratamiento primario y un secundario. A su vez, los distintos procesos
mencionados implican el uso de una gran variedad de activos y se pueden agrupar en
construcción civil, tuberías y equipamiento electromecánico.
En estas últimas décadas el número de EDARs ha aumentado de forma considerable, debido
principalmente a las distintas normativas que han ido, paulatinamente, incrementando las
exigencias en cuanto a seguridad ambiental. En concreto la Directiva 91/271/CEE supuso la
construcción de un gran número de estaciones depuradoras debido a la obligación de que todas
las aglomeraciones urbanas con más de 2.000 habitantes equivalentes dispusieran de colectores
y plantas de tratamiento. Actualmente la gran mayoría de EDARs supera o está próxima a
superar su vida útil y su condición estructural decrece a lo largo del tiempo. El deterioro de la infraestructura implica obtener menores rendimientos y asumir mayor número de fallos, debido
principalmente a la fatiga de los materiales. Además, el deterioro que sufren no solo pone en
jaque la sostenibilidad presente y futura de las plantas de tratamiento de aguas residuales,
también incrementa el riesgo de accidente y la probabilidad de sufrir un impacto ambiental
derivado.
Los operadores públicos y privados, con tal de hacer frente al deterioro y sus consecuencias
económicas y ambientales, han mostrado un gran interés en desarrollar programas orientados
a los mantenimientos y reparaciones en estas instalaciones. Conocer el impacto económico
asociado al envejecimiento permite planificar los reemplazos, así como optimizar los costes de
mantenimiento asociados. Por este motivo, en el artículo; “Cost analysis of the facilities
deterioration in Wastewater Treatment Plants: A dynamic approach” se desarrolla una función
económica que explica los costes de mantenimiento y reparaciones en las EDARs teniendo en
cuenta, además de la edad de la planta, sus características técnicas. Entender las consecuencias
económicas del deterioro permite abordar la gestión de activos desde una óptica económica, ayudando a los tomadores de decisiones a disminuir la incertidumbre con respecto a la renovación de estas infraestructuras.
Una vez modelizado el impacto del deterioro sobre los costes de mantenimiento en las
infraestructuras de depuración de aguas residuales, se evalúa la influencia de estos costes en la
eficiencia de las EDARs desde un punto de vista económico y ambiental. En el siguiente artículo;
“Efficiency of wastewater treatment facilities: The influence of scale economies” se estudia, en
primer lugar, los efectos de las economías de escala en el sector y, en segundo, el
comportamiento de los costes desagregados que constituyen el proceso de depuración ante su
posible influencia. Los resultados constatan que un mayor tamaño de las EDARs (según
habitantes equivalentes tratados) supone una reducción global de los costes. Para ello, se
identifican las distintas dimensiones que generan estos cambios de eficiencia en las plantas.
Además, se señalan aquellos costes con mayor capacidad de mejora, siendo los relativos a la
energía usada en el proceso y los mantenimientos realizados. Estos últimos muestran cierta
heterogeneidad ya que se observa que las EDARs que tratan menos de 8.000 habitantes
equivalentes anuales presentan niveles de eficiencia dispares. Este hecho pone de manifiesto
que las políticas orientadas a los mantenimientos preventivos pueden incidir en un menor
número de reparaciones y, en consecuencia, ayudaría a reducir los costes generales dedicados
a las averías en planta. Finalmente, en el último artículo; “Preventive maintenance versus cost
of repairs in asset management: An efficiency analysis in wastewater treatment plants” se
analiza la relación entre los mantenimientos preventivos y las reparaciones en las instalaciones
de tratamiento de aguas residuales. Este planteamiento resulta novedoso y de gran relevancia
por dos motivos, en primer lugar, el cálculo de eficiencia en las instalaciones tendrá en cuenta
la minimización de factores que puedan perjudicar al proceso, es decir las roturas y reparaciones
que tienen lugar en estas infraestructuras. En este sentido, un mayor coste económico debido a
las reparaciones penalizará la eficiencia global de la EDAR analizada. En segundo lugar, obtener
un índice de eficiencia asociado a cada entrada y la salida no deseada permite analizar, a
posteriori, las implicaciones de las distintas políticas de mantenimiento preventivo llevadas a
cabo en las EDARs analizadas. Las conclusiones permiten establecer los niveles de costes
dedicados a los mantenimientos preventivos que minimizan las averías y, además, sugieren unos
costes óptimos a partir de las EDARs que mayores eficiencias ofrecen al respecto.
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