Cost comparison of full-scale water reclamation technologies with an emphasis on membrane bioreactors

Abstract

The paper assesses the costs of full-scale membrane bioreactors (MBRs). Capital expenditures (CAPEX) and operating expenses (OPEX) of Spanish MBR facilities have been verified and compared to activated sludge plants (CAS) using water reclamation treatment (both conventional and advanced). Spanish MBR facilities require a production of 0.6 to 1.2 kWh per m, while extended aeration (EA) and advanced reclamation treatment require 1.2 kWh per m. The energy represents around 40% of the OPEX in MBRs. In terms of CAPEX, the implementation costs of a CAS facility followed by conventional water reclamation treatment (physical-chemical + sand filtration + disinfection) ranged from 730 to 850 €.md, and from 1,050 to 1,250 €.md in the case of advanced reclamation treatment facilities (membrane filtration) with a capacity of 8,000 to 15,000 md. The MBR cost for similar capacities ranges between 700 and 960 €.md. This study shows that MBRs that have been recently installed represent a cost competitive option for water reuse applications for medium and large capacities (over 10,000 md), with similar OPEX to EA and conventional water reclamation treatment. In terms of CAPEX, MBRs are cheaper than EA, followed by advanced water reclamation treatment.

Spatial optimization for decentralized non-potable water reuse

“…It takes as an input the system scale (people in residential and commercial buildings to be served) and calculates the manufacturing and operating requirements for the treatment unit for that scale. The impacts are based on published data describing wastewater treatment (we assumed a membrane bioreactor, MBR) capital and operation requirements at different scales and are expressed by polynomial equations for economic costs and energy intensity (equations S1-S5 in the SI) [5,24]. The GHG emissions for the operation and manufacturing are estimated based on the technology selection and energy performance curve (equation S5 in the SI) (assuming all energy use is in the form of electricity) as calculated by the authors in previous work [5].…”

Estimativa dos custos de operação de um biorreator a membrana

“…Foram considerados os principais contribuintes para o custo de operação de biorreatores a membrana no cálculo do OPEX do BRM proposto, caracterizados pelo consumo energético e reposição periódica de membranas (IGLESIAS et al, 2017;JUDD, 2017;YOUNG et al, 2013), além da folha de pagamento de funcionários (YOUNG et al, 2012(YOUNG et al, , 2013…”

“…É importante ressaltar que os custos de transporte e cloração da água de reúso devem ser considera-dos quando se realiza tal prática, o que aumentaria o OPEX. Contudo, o transporte da água de reúso até o local desejado incrementa em torno de 0,02 -0,04 €/m³ no OPEX (IGLESIAS et al, 2017), e a sua desinfecção com cloro representa menos de 3% dos custos de operação (VERRECHT et al, 2012). Portanto, a aplicação de BRM na produção de água de reúso em Santa Catarina é uma escolha interessante, tanto do ponto de vista econômico como do ambiental, uma vez que o estado possui polos industriais distribuídos em diferentes regiões, bem como demandas públicas e comerciais de água.…”

“…O autor também comenta que, dentre as diversas maneiras de se levantar e categorizar os custos atrelados a um empreendimento, a separação entre os valores de implantação (CAPEX) e operação (OPEX) costuma ser utilizada. Tais informações são comumente confrontadas com dados econômicos da tecnologia de lodos ativados (IGLESIAS et al, 2017;JUDD, 2017;YOUNG et al, 2012), que caracterizam o processo de tratamento biológico de efluentes mais empregado no mundo, consistindo na utilização de micro-organismos aeróbios na depuração da matéria orgânica e de outros componentes presentes nas águas residuárias, apresentando ampla utilização em nível mundial por possuir boa eficiência, maior flexibilidade de operação e menor requisito de área para implantação, quando comparado com as lagoas de estabilização (VON SPERLING, 2002).…”

Water Reclamation and Reuse

“…Iglesias et al (2017) calculated capital and operating costs of full-scale MBRs in Spain. The MBR cost for similar treatment capacities (8,000 to 15,000 m 3 /d) was 700-960 €/m 3 ·d.…”