Fuentes de Agua NO Convencionales (FANC) para contribuir a la mitigación y a la adaptación al...
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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 SarabiaMedio 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 SarabiaMedio 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
Tecno logía
Demandante
Financiamiento
Sector Gobierno
Sector Privado
Fondos Internacionales
Nacionales
Centros de investigación aplicada
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.
Uso Superficial km3
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 eléctricaExcl. hidroelectr
3.6 0.4 4.1 5.1
Total 50.5 30.1 80.6 100.0
Usos de agua, SEMARNAT,2011
Soporte: Fuentes de Agua No Convencionales (FANC)
POBLACIONES CON VOCACIÓN AGRÍCOLA
INSTITUCIONES DE ENSEÑANZA AGROPECUARIA (UACh, FESC)
FACACONDICIONA-MIENTO (STAR)
FANC
FANC
INTERÉS ADICIONAL: LOGRO DE COMBINACIÓN TECNOLÓGICA: FANC/FENC
SM
DR
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 - RiegoLagunaje
Desalinización Membranas/FENC
FESC-UNAMCampo Uno (Químico Biológicas-Diseño) (7) Campo Cuatro (Agropecuaria-IME-Admon) (9)Campo Cuatro Rancho Almaraz(Alumnos: 9,000 Personal: 800)
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)
Superficie Total: 200 (230)3.0 lps
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 : evaluarHumedales artificiales
Ejemplo de Tecnología que requiere vincular usuario a usuarios potenciales y fuentes de financiamiento
Vegetación emergente:Tule, Juncos, Carrizos: Vegetación sumergida:
Elodea densa, Elodea canadensis, HvdrillaVegetación flotante:
Lirio acuático, Chichicastle, Lechuga acuática ,Maleza cocodrilo.
Helechos acuáticosASESORIA PARA EL CONTROL, USO
APROVECHAMIENTO DE MALEZAS ACUATICASCLASIFICA CION AE 001726 INE.
VEGETACION ACUATICA CON CAPACIDAD DE PURIFICACION DEAGUAS RESIDUALES
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 de recursos
Propuestas básicas
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” Enfriamiento-Condensación
Lluvia sólida Absorbancia de humedadPolacrilato 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.
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
C.C.: Imp. significativos adversos en producción alimentos, provisión, especies en ecosistemas y desequilibrios globales
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 + 0.3ºC/decenio
• Incremento del nivel del mar + 3 a 10 cm/decenio
• Variación de precipitación entre 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) Según IPCC del CMNUCC 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: Tm + 2.5 ºC
Tendencia 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.
La agricultura de temporal y de riego consume más del 70 %
Fuente: INFORME CNA
.
Fuente: INFORME CNA
Uso Superficial km3
Subterráneo km3
Vol. Total km3
% Ex-tracción
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 eléctricaExcl. hidroelectr
3.6 0.4 4.1 5.1
Total 50.5 30.1 80.6 100.0
Usos de agua, SEMARNAT,2011
Manejo de agua por fuentes convencionales. Basado en recursos del Ciclo Hidrológico.
La infraestructura debe adaptarse al comportamiento futuro,- De acuerdo a los regímenes proyectadosde precipitación y demanda - Condiciones hidrogeológicas de los sitios- Programas de desarrollo en la región
Fuentes ConvencionalesAdministración 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/FENC1. 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
2. Manejo ef/r.hidráulicos
Captación agua pluvial Captura, conducción, Edificios
“Cosecha de agua” filtración y desinfección Bosque
Recarga del acuífero Infiltración en suelo Canalización
3. Aprov. humedad atmósfera
Estimulación de lluvia Núcleo condensación: AgI Siembra de nubes
Atrapanieblas/ Lluvia sólido Refrigeración/ Absorción Poliacrilato potasio
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.
Vegetación emergente:Tule, Juncos, Carrizos: Vegetación sumergida:
Elodea densa, Elodea canadensis, HvdrillaVegetación flotante:
Lirio acuático, Chichicastle, Lechuga acuática ,Maleza cocodrilo.
Helechos acuáticosASESORIA PARA EL CONTROL, USO
APROVECHAMIENTO DE MALEZAS ACUATICASCLASIFICA CION AE 001726 INE.
VEGETACION ACUATICA CON CAPACIDAD DE PURIFICACION DEAGUAS RESIDUALES
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 biomasaUso: 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. Estimulación de agua de lluvia2. “Atrapanieblas”3. 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 volumenLos 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
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
Estimulación de producción de agua de lluvia (recursos)
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 sólidaEl ingeniero mexicano Sergio Jesús Rico desarrolló un sistema de riego denomina-do "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
Sobrepoblación
Deficiencia en desarrollo
sustentable
Incremento de demanda de servicios y recursos: - 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
Cambio climático
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!!!!