Prof. Miguel Ángel Barcenas Sarabia Medio Ambiente y Energía Departamento de Ingeniería FESC-UNAM

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 ºCTendencia 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



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



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.


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.


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!!!!

Prof. Miguel Ángel Barcenas Sarabia Medio Ambiente y Energía Departamento de Ingeniería FESC-UNAM

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