Fuentes de Agua NO Convencionales (FANC)
para contribuir a la mitigación y a la adaptación
al Cambio Climático. Propuestas FANC/FENC
Prof. Miguel Ángel Barcenas Sarabia
Medio Ambiente y Energía
Departamento de Ingeniería FESC-UNAM
Cátedra de Vinculación Vin 003 FESC UNAM
“Tecnología de aprovechamiento sustentable del agua para mitigación
y adaptación al cambio climático”
Vinculación de acciones para contribuir a
la mitigación y a la adaptación
al Cambio Climático
Prof. Miguel Ángel Barcenas Sarabia
Medio Ambiente y Energía
Departamento de Ingeniería FESC-UNAM
Cátedra de Vinculación Vin 003 FESC UNAM
“Tecnología de aprovechamiento sustentable del agua para mitigación
y adaptación al cambio climático”
Vinculación
Deman
dante
Sector Gobierno
Sector Privado
Tecno
logía
Financia
miento
Centros de
investigación aplicada
Fondos
Internacionales
Nacionales
Cátedra Vin 003 FESC-UNAM
• Identificar demandantes (instituciones, empresas)
• Proponer Tecnología con énfasis en principios FANC/FENC
• Remitir a programas de apoyo financiero y su gestión:
. CNA (programas de apoyo)
. IMTA (entidad nacional implementadora) (ONU-K)
. Banca comercial
Tecnología
Principio FANC/FENC
Requiere estudios de mitigación y/o adaptación
Fuentes de Agua NO Convencionales FANC
Fuentes de Energía NO Convencionales FENC
Propuesta de proyectos viables, combinando tecnología FANC/FENC
alternativas conocidas y novedosas
FANC acondicionamiento de calidad mediante procesos
físicos, químicos y biológicos
FENC aprovechamiento de fuentes energéticas renovables
biológica, biomasa, solar, eólica, etc.
Usos de agua,
Uso
Superficial
km3
SEMARNAT,2011
Subterráneo
km3
Vol. Total
km3
%
Agrícola
40.9
20.9
61.8
76.7
Abastecimiento
público
4.3
7.1
11.4
14.1
Industria
autoabastecida
1.6
1.7
3.3
4.1
Energía eléctrica
Excl. hidroelectr
3.6
0.4
4.1
5.1
Total
50.5
30.1
80.6
100.0
Soporte: Fuentes de Agua No
Convencionales (FANC)
SM
FAC
DR
FANC
POBLACIONES CON
VOCACIÓN AGRÍCOLA
ACONDICIONAMIENTO (STAR)
INSTITUCIONES DE ENSEÑANZA
AGROPECUARIA (UACh, FESC)
FANC
INTERÉS ADICIONAL:
LOGRO DE COMBINACIÓN TECNOLÓGICA:
FANC/FENC
Tecnologías probadas y novedosas I
Adecuación de calidad
Propuestas básicas y
complementarias
Oxidación biológica microbiana
Uso plantas acuáticas
/ digestores domésticos
Aprovechamiento de descargas
de agroindustria
Reuso - Riego
Lagunaje
Desalinización
Membranas/FENC
FESC-UNAM
Campo Uno (Químico Biológicas-Diseño) (7)
Campo Cuatro (Agropecuaria-IME-Admon) (9)
Sup. Has
Consumo de agua
m3/día
Campos agrícolas: Superficie cultivable
Trabajos experimentales y de enseñanza
120
400
Centro de Enseñanza Agropecuaria
Corrales y talleres de cárnicos y lácteos
10
(130
Laboratorios de ingeniería agrícola - MVZ
e IME (mecánica, eléctrica, electrónica
10
50
Ed. Académico-Administrativos, servicios
Estacionamiento y Unidad Deportiva
60
50)
200
(230)
3.0 lps
Campo Cuatro Rancho Almaraz
(Alumnos: 9,000
Personal: 800)
Superficie Total:
Bases de diseño de PTAR
• Tecnología:
Lodos Activados de Aereación Extendida
• Oxígeno:
Aire: 450 pie3/min y 5.21 psi
• Capacidad de sopladores:
60 HP y 130 difusores PF
Alterativa : evaluar
Humedales artificiales
Ejemplo de Tecnología que requiere vincular usuario a
usuarios potenciales y fuentes de financiamiento
VEGETACION ACUATICA CON CAPACIDAD DE
PURIFICACION DEAGUAS RESIDUALES
Vegetación emergente:
Tule, Juncos, Carrizos:
Vegetación sumergida:
Elodea densa, Elodea canadensis, Hvdrilla
Vegetación flotante:
Lirio acuático, Chichicastle,
Lechuga acuática ,Maleza cocodrilo.
Helechos acuáticosASESORIA PARA EL CONTROL, USO
APROVECHAMIENTO DE MALEZAS ACUATICAS
CLASIFICA CION AE 001726 INE.
Valoración de
Humedales Artificiales
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ventajas:
Aprovecha propiedades de absorción radicular
Menor inversión / costo de operación
Energía biológica / sustituye energía electromec.
Absorbe GEI / no genera al energía como e.elect.
Produce alimento para ganado
Desventajas:
Genera fauna nociva
Requiere constante atención
Otras Tecnologías FANC
Probadas y Novedosas
El lagunaje es un procedimiento de depuración natural, que
parte del principio de utilizar la vegetación acuática como
agente depurador de aguas residuales
Biodigestores Anaeróbios Domésticos,
aplicándose en áreas rurales mexicanas
Destilador solar
Tecnologías probadas y novedosas II
Aprovechamiento eficiente Propuestas básicas
de recursos
Captación de Agua Pluvial
Adaptación en
Edificios y zonas rurales
“Cosecha de Agua”
En bosques y zonas de
precipitación limitadas
Infiltración al Acuífero
Adaptación Suelo / Agua
Cosecha de agua de lluvia
Tecnologías probadas y novedosas III
Aprovechamiento de
humedad en la atmósfera
Propuestas básicas
Sistema de “Atrapanieblas”
EnfriamientoCondensación
Lluvia sólida
Absorbancia de humedad
Polacrilato K
Estimulación de lluvia
Siembra de nubes Ag-I
bombardeo tierra/aire
Atrapanieblas
• Los atrapanieblas o captanieblas son un invento
para atrapar las gotas de agua microscópicas que
contiene la neblina.
• Se usan en regiones desérticas con presencia de
niebla, en Israel, Chile, Ecuador, Guatemala, Nepal,
algunos países de África.
• Fundamento: Condensación de la humedad
mediante enfriamiento y choque en malla
Lluvia sólida,
Desarrollo novedoso de un mexicano
• Consiste en retener agua de lluvia almacenada en
forma molecular en partículas de poliacrilato de
potasio, con gran capacidad de absorción y que
pueden retener hasta 500 veces su peso sin cambio
en su estructura química. (Desarrollo nominado al
Premio Mundial del Agua 2012, del Stockholm
International Water Institute (SIWI), en Suecia.
Predicciones por Cambio
Climático y Probable impacto
Especialmente Centro y NW de México
(Uso de base de datos de World Bank)
Proyecciones al 2079
World Bank
Datos históricos de clima en el Centro de México World Bank
Crecimiento Demográfico
Mayor demanda de alimentos, campos agrícolas, producción pecuaria,
bosques, servicios ambientales (agua, nutrientes, energía).
Incremento
de emisiones, generación de descargas y residuos.
Probl. económico–sociales: pobreza, abandono, migraciones, criminalidad.
C.C.: Imp. significativos adversos en producción alimentos,
provisión, especies en ecosistemas y desequilibrios globales
Incremento de
la temperatura
Alimentación
(cosechas)
Recurso Agua
(provisión)
Ecosistemas
(vulnerabilidad)
Impactos
abruptos
1 ºC
Reducción en
latitud media
Amenazas:
escasa-deshielo
Daño en 80 %
arrecifes coral
Circulación
atlántica débil
2 ºC
Reducción en
latitud mayor
Reducción 25%
(z. vulnerables)
Esp. menores
peligro extinc.
Groenlandia
inicia derretim.
3 ºC
Amenaza
generalizada
Desabasto
50% población
Esp. mayores
peligro extinc.
Riesgo circulac
atmosféricas
4 ºC
- 45% cosechas
/pesca en peligro
Nivel del mar
invade acuifero
Deforest grave
en la amazonia
Circulación
termoalinea
5 ºC
Peligro por
acidez en mar
Grave riesgo
pobl. costeras
Pérdida de
tundra ártica
Desplazamiento
masa población
Además: Fenómenos perturbadores de origen natural y antropogénico,
meteorológicos estacionales, cada vez más intensos: huracanes, sequía,
MAYOR POBLACIÓN VULNERABLE DEMANDA AYUDA DE PROTECCIÓN CIVIL
Proyección del Clima para S.XXI
Según IPCC del CMNUCC
• Incremento de temperatura media
• Incremento del nivel del mar
• Variación de precipitación entre
+ 0.3ºC/decenio
+ 3 a 10 cm/decenio
entre 3 y 15%
Regímenes pluviométricos erráticos que no permiten aprovechar el agua eficientemente.
en el área rural (actividades agro-pastoriles).
Se Requiere adecuar infraestructura hidráulica a las nuevas condiciones de precipitación
Proyección del Clima para S.XXI (al 2100)
IPCC del CMNUCC
Según
Uso de modelos computacionales multifactoriales
• Escenario de constantes cambios. Difícil de estabilizar
• Concentraciones de GEI y aerosoles con forzamiento
de radiación natural
Meta IPCC:
C = 450 ppm CO2
Tendencia
C > 600 ppm CO2
• Temperatura media Meta IPCC:
Tendencia
Tm + 2.5 ºC
Tm > 3.5 ºC
Regímenes pluviométricos erráticos. Necesario adecuar infraestructura hidráulica rural y urbana
Efectos de la disminución de disponibilidad
y calidad del agua por el Cambio Climático
Incremento de la temperatura y
cambio del patrón de precipitaciones
En Riesgo :
Producción de alimentos
Abasto de agua a la población
Ecosistemas
Biodiversidad
Vulnerabilidad de poblaciones por desastres :
Sequía - incendios
Ciclones - inundaciones
Muchas gracias
por su atención!!!!
Disponibilidad del Agua, la cual está
siendo afectada por el C.C.,
Sistemas convencionales
Depósitos de Agua en la Tierra
La capacidad de almacenamiento proporcionada
por la infraestructura hidráulica es de 150 km3.
De las 4 500 presas existentes, 840 son grandes.
La capacidad de almacenamiento equivale al 37%
del escurrimiento; <0.1 % en lagos y lagunas;
el resto (63 %), se descarga al mar.
Fuente: INFORME CNA
La agricultura de temporal y
de riego consume más del 70 %
Fuente: INFORME CNA
.
Usos de agua,
Uso
Superficial
km3
SEMARNAT,2011
Subterráneo
km3
Vol. Total
km3
% Extracción
Agrícola
40.9
20.9
61.8
76.7
Abastecimiento
público
4.3
7.1
11.4
14.1
Industria
autoabastecida
1.6
1.7
3.3
4.1
Energía eléctrica
Excl. hidroelectr
3.6
0.4
4.1
5.1
Total
50.5
30.1
80.6
100.0
Manejo de agua por fuentes convencionales.
Basado en recursos del Ciclo Hidrológico.
La infraestructura debe adaptarse al comportamiento futuro,
- De acuerdo a los regímenes proyectados
de precipitación y demanda
- Condiciones hidrogeológicas de los sitios
- Programas de desarrollo en la región
Fuentes Convencionales
Administración de Cuencas Hidrográficas
• Captación de escurrimientos
•
Superficiales: Cuerpos de agua
•
Subterráneos: Acuífero
• Aprovechamiento y distribución:
•
Presas: Distritos de Riego / Hidroelectricidad
•
Recarga y Extracción del Acuífero
•
Sistemas de distribución por acueductos
•
Armonía con el aprovechamiento de los R.N.
En el mar ocurre el ciclo hidrológico
con mayor intensidad
Fuentes de Agua NO Convencionales
Énfasis en la relación con Fuentes de Energía NO Convencionales FENC.
Adaptar tecnología a la disponibilidad de recursos y
al binomio FANC/FNEC
Tecnología y procesos FANC/FENC
1. Adecuación de calidad
Trat. agua residual
Ox. biológica microbiana
LA/plantas acuatic
Trat. agua residual y resid
Digestión anaerobia
Digestor
Trat. agua agroindustria
Ox.Biológica/D.Anaerobia
Sist. Integrado
Desalinización
Filtración con membrana
Ósmosis inversa
Captación agua pluvial
Captura, conducción,
Edificios
“Cosecha de agua”
filtración y desinfección
Bosque
Recarga del acuífero
Infiltración en suelo
Canalización
Estimulación de lluvia
Núcleo condensación: AgI
Siembra de nubes
Atrapanieblas/ Lluvia sólido
Refrigeración/ Absorción
Poliacrilato potasio
2. Manejo ef/r.hidráulicos
3. Aprov. humedad atmósfera
Fuentes de agua no convencionales FANC
para suministro a actividades de riego en
comunidades rurales
I. Tecnología de adecuación de calidad de agua:
aplicación procesos de biotecnológicos y energía solar
•
•
•
Aguas residuales tratadas
Aguas claras de la agroindustria
Desalinización de agua
Alternativa probada: Capacidad de la vegetación acuática
(macrofitas acuáticas) para eliminar contaminantes de Agua
•
•
•
•
•
•
a) Rápida tasa de crecimiento y una alta población por superficie
para favorecer la rapidez de producción( dx/ dt = MX)
b) Gran desarrollo de la raíz mayor superficie de contacto con la
solución. Se favorece la transferencia de nutrientes (flux. de masa)
al tener una alta relación a/v .
c) Facilidad para cosecharla para evitar el reingreso.
d) Utilización de la cosecha, p/ compensar los costos de cosecha y
deshacerse de la biomasa.
d) Facilidad de controlar la dispersión de la planta
Los criterios mencionados la única que es suceptible de uso en
lagunas de tratamiento de aguas residuales es la flotante,
Con raíz que facilite su cosecha.
VEGETACION ACUATICA CON CAPACIDAD DE
PURIFICACION DEAGUAS RESIDUALES
Vegetación emergente:
Tule, Juncos, Carrizos:
Vegetación sumergida:
Elodea densa, Elodea canadensis, Hvdrilla
Vegetación flotante:
Lirio acuático, Chichicastle,
Lechuga acuática ,Maleza cocodrilo.
Helechos acuáticosASESORIA PARA EL CONTROL, USO
APROVECHAMIENTO DE MALEZAS ACUATICAS
CLASIFICA CION AE 001726 INE.
El lagunaje es un procedimiento de depuración natural, que
parte del principio de utilizar la vegetación acuática como
agente depurador de aguas residuales
Sistema de Tratamiento de Aguas
Residuales STAR (Anaerobios)
Objetivo: Reducir la carga orgánica degradable de A.R.
por acción de una comunidad microbiológica
anaerobia inducida
Opciones tecnológicas:
De Partículas suspendidas:
- Tanques cerrados de mezcla
- Lagunas anaerobias
Producen BIOGAS que contiene poder calorífico útil
Biodigestores Anaeróbios Domésticos,
aplicándose en áreas rurales mexicanas
Fuentes de agua no convencionales
FANC para suministro a actividades de
riego en comunidades rurales
I. Tecnología de adecuación de calidad de agua:
aplicación procesos de biotecnológicos y energía solar
•
•
•
Aguas residuales tratadas
Aguas claras de la agroindustria
Desalinización de agua
Sistemas de Tratamiento de Aguas
Residuales de Agroindustria
• Ajuste de carga orgánica suspendida (DBO gruesa),
mediante “Clarificación”, aplicando un proceso físico
de sedimentación, flotación o cribado.
- Uso del efluente “claro” para riego agrícola
- Ej. efluentes o licores de industrias beneficiadoras
del café, vinícola, caña de azúcar.
Limitante: Control de degradación de carga orgánica,
antes de su aplicación, considerando el efecto de
temperatura y humedad del lugar.
Criterios de selección de sistemas de
tratamiento de aguas Residuales
• Aeróbico: Presencia de O2
• Degrada carga orgánica baja (DBO = 0.5 a 0.8 DQO)
• Requiere
- Energía mecánica
- Energía de biomasa
Uso: Riego y recarga
• Anaeróbico: Ausencia de O2
• Degrada carga orgánica Alta (DBO < 3 DQO)
Fuentes de agua no convencionales
FANC
I. Tecnología de adecuación de calidad de agua:
aplicación procesos de biotecnológicos y energía solar
•
•
•
Aguas residuales tratadas
Aguas claras de la agroindustria
Desalinización de agua
Destilador solar
Tecnologías convencionales de potabilización María
Teresa Leal Ascencio, IMTA
• Filtración convencional: De arena, tierras diatomáceas, carb activado
• Desinfección: cloro, cloramina, ozono y luz ultravioleta
• Filtración por membranas
consisten en materiales finos capaces de separar sustancias cuando
una presión es aplicada a través de ellos
• Micro filtración 0,03 a 10 μm
• Ultra filtración 0,002 y 0,1 μm
• Nanofiltración de 0,001 μm
Pueden remover virtualmente todo tipo de bacterias, virus, quistes y
material disuelto húmico.
• Ósmosis inversa 10 Å (1 nm).
Este proceso, también conocido como hiperfiltración, se basa en el
uso de una membrana semipermeable que permite el paso de agua,
mas no de iones disueltos.
Fuentes de agua no convencionales
FANC
II. Tecnología de manejo eficiente de recursos
hidráulicos
-
Captación de agua pluvial en edificios
“Cosecha de agua”, se aplica en lugares con poca precipitación
Recarga del acuífero
Captura en techos de edificios y casas
SCAPT y de nivel público
• Captura y almacenaje de agua de lluvia para
reutilizarla en riego o inyectarla a acuíferos. Es
una opción para reducir la extracción del agua y
extender la vida de los acuíferos
• Tren: captura de escurrimientos, conducción
reservorios y sedimentación
Uso: Agua potable, riego y recarga de acuífero
Limitante: Infraestructura y clima
How it could work for you.
Cosecha de agua de lluvia
La Recarga artificial y almacenamiento
(Artificial Recharge and Storage ARS)
• Es una metodología que busca utilizar a los
acuíferos para almacenar agua potable
(cuando hay excedentes de agua) y extraerla
cuando se necesita.
• Contempla principalmente el tratamiento
avanzado de las aguas residuales para
posteriormente re-inyectar a los acuíferos.
Fuentes de agua no convencionales
FANC
III. Tecnología de aprovechamiento de humedad en
la atmósfera
1.
2.
3.
Estimulación de agua de lluvia
“Atrapanieblas”
Lluvia Sólida
Estimulación de producción de agua de lluvia
• En condiciones de mal tiempo, la localización de Cúmulos Potentes
para siembra de nubes, alterando las propiedades microfísicas :
• a) Reducir el tiempo de formación de partículas precipitales, de
manera que las nubes de vida corta produzcan lluvia.
• b) Generar partículas de precipitación.
• c) Incrementar el espesor de la nube aumentando su volumen
Los cartuchos son preparados por compañías especializada como Nuclei
Engeneering en Boulder, Colorado, EUA.
Cada cartucho de 20 gramos genera durante 30 seg. de combustión,
10 núcleos a la 12 potencia por gramo de yoduro de plata, cuando
T<10ºC. Este posee estructura semejante a los cristales de hielo, y
actúa como núcleo de condensación
Estimulación de producción de
agua de lluvia (recursos)
ESTUDIOS DE MODIFICACIÓN ATMOSFÉRICA Y PRONÓSTICO METEOROL
• a- Observatorios meteorológicos y estaciones de radio-sondeo
• c- Información sinóptica procesada, termo diagramas
• d- Cartas de superficie y altura. Mapas de 500 milibares 24-48-72 Hrs
Telemetría
• a- fotografías de satélite
• b- radares meteorológicos
• c- fotogrametría de nubes
Física de nubes
• a- Contador de cristales de hielo de impacto
• b- Laboratorio aéreo
• c- Modelos numérico, hemisférico
Atrapanieblas
• Los atrapanieblas o captanieblas son un invento
para atrapar las gotas de agua microscópicas que
contiene la neblina.
• Se usan en regiones desérticas con presencia de
niebla, como el desierto del Néguev en Israel o el
desierto de Atacama en Chile, además de Ecuador,
Guatemala, Nepal, algunos países de África y la isla
de Tenerife.
• Fundamento: Condensación de la humedad
mediante ciclo termodinámico de refrigeración
Lluvia sólida,
Desarrollo novedoso de un mexicano
• Consiste en retener agua de lluvia almacenada en
forma molecular en partículas de poliacrilato de
potasio, con gran capacidad de absorción y que
pueden retener hasta 500 veces su peso sin cambio
en su estructura química. (Desarrollo nominado al
Premio Mundial del Agua 2012, del Stockholm
International Water Institute (SIWI), en Suecia.
Lluvia sólida
El ingeniero mexicano Sergio Jesús Rico desarrolló un sistema de riego denominado "lluvia sólida" que eleva casi 20 veces el rendimiento agrícola en zonas áridas.
La tecnología consiste en el uso de una sustancia que atrapa el agua en forma de
gel y la adhiere a las raíces de las plantas, lo que permite mantenerlas hidratadas.
Utilizó en su proyecto una fórmula de poliacrilato de potasio, al cual se adhieren las
moléculas de agua para formar un gel. Por cada kilogramo de esta fórmula se
gelatinizan 500 litros de agua, es decir media 0.5 ton de "lluvia sólida".
El investigador señaló que este producto puede utilizarse en todo tipo de vegetación,
como pastos o bosques, y sobre todo en la producción de alimentos.
Impacto adverso en la población y ecosistemas
por incremento de su vulnerabilidad
Incremento de demanda de servicios y recursos:
Sobrepoblación
Cambio
climático
Deficiencia en
desarrollo
sustentable
- Alimentos y elementos básicos para su producción
- S. ambientales: agua, recursos naturales, suelos, aire limpio
- S. básicos: salud, educación, energía, empleo, infraestructura
Fenómenos perturbadores más intensos:
- De origen natural (huracanes, incendios forestales, sismos,
- De origen antropogénico (accidentes por materiales. peligrosos:
fugas, incendios, contaminación de aire, suelo, cuerpos
Daños y amenazas a ecosistemas: Sequías-desertificación,
inundaciones, pérdidas de recursos, extinción de especies, plagas
Implicaciones socio-económicas: menos oportunidades,
pobreza, abandono, hambrunas, epidemias, migraciones a
megaciudades, discriminación, criminalidad, corrupción
Recursos necesarios para 2030
• Mitigación
Para el 2030 se requerirá de una inversión global adicional
y de flujos financieros de 200 a 210 billones de dólares
para volver a las emisiones de GEI a niveles actuales.
• Adaptación
Los costos globales de adaptación son difíciles de estimar,
debido a que las medidas de adaptación son muy variadas
y heterogéneas, pero la inversión al 2030 requerida será
de varias decenas de billones de dólares.
Contenido de la presentación
• Predicción e impacto a 60 años por CC., en especial NW de México
(sequía)
• Principios de propuestas de adaptación de tecnologías probadas y
novedosas bajo el principio FANC/FENC.
• Fuentes de Agua NO Convencionales / Fuentes de Energía NO Conv.
Apoyo de procesos FANC con energía de biomasa, solar, eólica, etc.
•
Grupo I.- Adecuación de calidad de agua
•
Grupo II.- Manejo eficiente de recursos hidráulicos
•
Grupo III.- Aprovechamiento de humedad de la atmósfera
• Obj. de Cátedra de Vinculación: Tecnología-Usuarios-Financiamiento
• Limitaciones de Fuentes de Agua Convencionales FAC, basados en el
Ciclo Hidrológico.
Muchas gracias
por su atención!!!!
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