1 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”
2 Vinculación de acciones para contribuir a la mitigación y a la adaptación al Cambio ClimáticoProf. 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”
3 investigación aplicada Fondos InternacionalesVinculación Deman dante Sector Gobierno Sector Privado Tecno logía Financiamiento Centros de investigación aplicada Fondos Internacionales Nacionales
4 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
5 Tecnología Principio FANC/FENC Requiere estudios de mitigación y/o adaptaciónFuentes 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.
6 Usos de agua, SEMARNAT,2011 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 eléctrica Excl. hidroelectr 3.6 0.4 5.1 Total 50.5 30.1 80.6 100.0
7 Soporte: Fuentes de Agua No Convencionales (FANC)SM DR POBLACIONES CON VOCACIÓN AGRÍCOLA INSTITUCIONES DE ENSEÑANZA AGROPECUARIA (UACh, FESC) FAC ACONDICIONA-MIENTO (STAR) FANC FANC INTERÉS ADICIONAL: LOGRO DE COMBINACIÓN TECNOLÓGICA: FANC/FENC
8 Tecnologías probadas y novedosas IAdecuación 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
9 FESC-UNAM Campo Uno (Químico Biológicas-Diseño) (7) Campo Cuatro (Agropecuaria-IME-Admon) (9)Campo Cuatro Rancho Almaraz (Alumnos: 9, 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 50 Ed. Académico-Administrativos, servicios Estacionamiento y Unidad Deportiva 60 50) Superficie Total: 200 (230) 3.0 lps
10 Bases de diseño de PTAR Tecnología: Lodos Activados de Aereación Extendida Oxígeno: Aire: pie3/min y 5.21 psi Capacidad de sopladores: HP y 130 difusores PF
11 Alterativa : evaluar Humedales artificiales
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13 Ejemplo de Tecnología que requiere vincular usuario a usuarios potenciales y fuentes de financiamiento
14 VEGETACION ACUATICA CON CAPACIDAD DE PURIFICACION DEAGUAS RESIDUALESVegetación 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 INE.
15 Valoración de Humedales ArtificialesVentajas: 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
16 Otras Tecnologías FANCProbadas y Novedosas
17 El lagunaje es un procedimiento de depuración natural, que parte del principio de utilizar la vegetación acuática como agente depurador de aguas residuales
18 Biodigestores Anaeróbios Domésticos, aplicándose en áreas rurales mexicanas
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20 Destilador solar
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22 Tecnologías probadas y novedosas IIAprovechamiento 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
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24 Cosecha de agua de lluvia
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26 Tecnologías probadas y novedosas IIIAprovechamiento de humedad en la atmósfera Propuestas básicas Sistema de “Atrapanieblas” Enfriamiento-Condensación Lluvia sólida Absorbancia de humedad Polacrilato K Estimulación de lluvia Siembra de nubes Ag-I bombardeo tierra/aire
27 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
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29 Lluvia sólida, Desarrollo novedoso de un mexicanoConsiste 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.
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32 Predicciones por Cambio Climático y Probable impactoEspecialmente Centro y NW de México (Uso de base de datos de World Bank)
33 Proyecciones al 2079 World Bank
34 Datos históricos de clima en el Centro de México World Bank
35 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.
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37 Ecosistemas (vulnerabilidad)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
38 Proyección del Clima para S.XXI Según IPCC del CMNUCCIncremento de temperatura media ºC/decenio Incremento del nivel del mar 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
39 Escenario de constantes cambios. Difícil de estabilizar 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 ºC Tendencia Tm > 3.5 ºC Regímenes pluviométricos erráticos. Necesario adecuar infraestructura hidráulica rural y urbana
40 Incremento de la temperatura y cambio del patrón de precipitacionesEfectos 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
41 Muchas gracias por su atención!!!!
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43 Disponibilidad del Agua, la cual está siendo afectada por el C. CDisponibilidad del Agua, la cual está siendo afectada por el C.C., Sistemas convencionales
44 Depósitos de Agua en la Tierra
45 La capacidad de almacenamiento proporcionada por la infraestructura hidráulica es de 150 km3. De las 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 %
46 Fuente: INFORME CNA .
47 Usos de agua, SEMARNAT,2011 61.8 11.4 3.3 80.6 Uso 40.9 20.9 76.7 4.3Superficial 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 eléctrica Excl. hidroelectr 3.6 0.4 5.1 Total 50.5 30.1 80.6 100.0
48 La infraestructura debe adaptarse al comportamiento futuro,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
49 Fuentes Convencionales Administración de Cuencas HidrográficasCaptación 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.
50 En el mar ocurre el ciclo hidrológico con mayor intensidad
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52 Fuentes de Agua NO ConvencionalesÉnfasis en la relación con Fuentes de Energía NO Convencionales FENC. Adaptar tecnología a la disponibilidad de recursos y al binomio FANC/FNEC
53 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
54 Fuentes de agua no convencionales FANC para suministro a actividades de riego en comunidades ruralesI. 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
55 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.
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60 VEGETACION ACUATICA CON CAPACIDAD DE PURIFICACION DEAGUAS RESIDUALESVegetación 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 INE.
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62 El lagunaje es un procedimiento de depuración natural, que parte del principio de utilizar la vegetación acuática como agente depurador de aguas residuales
63 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
64 Biodigestores Anaeróbios Domésticos, aplicándose en áreas rurales mexicanas
65 Fuentes de agua no convencionales FANC para suministro a actividades de riego en comunidades ruralesI. 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
66 Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales de AgroindustriaAjuste 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.
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68 Criterios de selección de sistemas de tratamiento de aguas ResidualesAeróbico: 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)
69 Fuentes de agua no convencionales FANCI. 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
70 Destilador solar
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72 Tecnologías convencionales de potabilización María Teresa Leal Ascencio, IMTAFiltración 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.
73 Fuentes de agua no convencionales FANCII. 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
74 Captura en techos de edificios y casas SCAPT y de nivel públicoCaptura 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
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76 How it could work for you.
77 Cosecha de agua de lluvia
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79 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.
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81 Fuentes de agua no convencionales FANCIII. Tecnología de aprovechamiento de humedad en la atmósfera Estimulación de agua de lluvia “Atrapanieblas” Lluvia Sólida
82 Estimulación de producción de agua de lluviaEn 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, 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
83 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 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
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85 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
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87 Lluvia sólida, Desarrollo novedoso de un mexicanoConsiste 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.
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89 Lluvia sólida El 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.
90 Deficiencia en desarrollo sustentableImpacto adverso en la población y ecosistemas por incremento de su vulnerabilidad 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 Sobrepoblación Cambio climático 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 Deficiencia en desarrollo sustentable 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
91 Recursos necesarios para 2030Mitigación 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.
92 Contenido de la presentaciónPredicción 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.
93 Muchas gracias por su atención!!!!