ACADEMIA DE INGENIERÍA, A.C.
Ingeniería para el manejo
sustentable del agua en la
Ciudad de México Especialidad de I. Quimica
2 septiembre 2013
Dr. Oscar Monroy Hermosillo
Departamento de Biotecnología
Balance de agua en el D.F.
FE FIS
24.851 0.000 12.760 4.700
0.000 3.020
Lluvia
45.356 0.090
SAAP 2.400 RDAT
15.928 33.388 0.094
0.000 0.879 1.890
Fugas No domésticos RAM RAV Ll C y L
35.04% 2.990 0.394 0.939 1.890 0.017
11.699 2.093
0.500 0.300 0.060
Entradas Salidas 5.418
0.000 10.685 16.788 0.050
5.217
11.50% Tratamiento
Inyección
15.288 6.282 17.524
0.302
Drenaje SPTAR
3.322
36.074
15.431
Acuífero de la Cd. México
Domésticos
19.289
EvapoTransp
-6.104
Problemas relacionados con el agua La demanda de agua continuará
incrementándose.
Inequitativa distribución del agua
La sobreexplotación del acuífero conduce a:
–Subsidencia de la ciudad.
–Contaminación del acuífero
Las fuentes externas están siendo restringidas
Problemas de salud en los distritos de riego del Valle del Mezquital
Manejo de agua para la
sustentabilidad Paradigma para el uso sustentable del agua:
La planeación del país se debe hacer por cuencas
1. Conservar y usar los recursos de la cuenca dentro de la
cuenca. - Cada cuenca se desarrollará de acuerdo a sus recursos (no crecerá a expensas
de otras ni será limitado su desarrollo por extracción de sus recursos). Puede
haber intercambios entre cuencas pero no trasvases completos.
2. El agua potable deberá ser para consumo humano directo o
a través de alimentos procesados
- Todas las otras actividades deberán basarse en el tratamiento y reuso de agua.
Manejo de agua para la
sustentabilidad
A. Aumentar la recarga B. Disminuir la extracción
1 Natural (aumentar área de recarga)
Reducir pérdidas de la red de agua potable
2 Artificial (captura lluvia, tratamiento, inyección y almacenamiento)
Reducir demandas doméstica e industrial
3 Artificial (tratamiento de aguas grises e inyección al acuífero)
Reducir demanda agrícola
Reducción pérdidas y distribución
de la demanda AP
Red primaria
A la sectorización de la red añadir:
–Medidores de presión
–Válvulas distribuidoras
–Telemetría y control centralizado
Medición
Tarifas domésticas, comerciales e industriales que incentiven ahorro
Hace falta red primaria
Tarifas para incentivar uso eficiente del agua y
recuperación urbana de agua de lluvia
T
V (m 3 )
consumo de confort consumo excedente
f(v)= b v
km
k3
k2
k1 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
0 250 500 750 1000 1250 1500
Consumo, m3
$ (1
994)/
m3
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
1998 1999 2000
•Control de Tarifas para Consumo Doméstico •Control de Tarifas para Consumo No Doméstico
Usos domésticos del agua (consumo confort, L/hab.d)
FUENTE
SACM Holanda
WC 18 11.4 (5)*
Regadera 20 52.3
Lavamanos 7.5 5.3
Lavadora 20 17.2
Cocina 15 13.8
L. pisos 16 10
TOTAL 96.5 110 a 104
regadera
lavabo
WC
cocina
lavadora
mig
cisterna1
2
3
A
B
C
pH 8.8 8.4 4.4 - 8
g/L
DQOT 9 0.724 9.6
AGV 1.5 - 0.04
C_HCO3- 1.2
NT 1.9 0.0263 7.4
N_NH4+ 1.4 0.0027 0.3
PT 0.22 0.0072 -
PS 0.09
-
P_PO4 0.08 2.36 1.2
Detergentes 0.054
Urea 20
Segregación de
efluentes
Co
nta
min
an
tes
pe
rsis
ten
tes
DESTINO
AntibióticosAnalgésicos
AntiinflamatoriosPsiquiatricas
β-bloqueadores
contraste de R-X
AA
Fragancias
Bloqueadores
Repelentes
AG
AG
AG-AI
AI
E U
AA
AG
Surfactantes y metabolitos
Retardantes de flama
Aditivos industriales
Aditivos de gasolinas
PRODUCTO
Farmacéuticos
Esteroides y hormonas
Cuidado personal
Antisépticos
(0.0
06 a
45 µ
g/L
)
A
A
UASB, 8 L/p.d, 7.29 g/L AGT, 64 L/p.d, 166 mg/L
Agua gris 82 L/p.d
Biofloculador V = 7 L/p.d, TRH = 1.6 hr
Membrana µF
B
B
C
C
O2
Hernández L et al 2007
Ósmosis directa (FO)
D
D Agua que requiere mejorarse o reponerse (enfriamiento, pozo, ReOI)
Tratamiento de aguas grises
TA
Tratamiento avanzado: ejemplo
cal polímero CO2
filtración
Cl2 CA
RO
pozo
Reactor lecho fluidizado inverso
biogás
estruvita
NH4MgPO46H2O
F
F, 10 g/L NH4+
Tra
tam
iento
de
agu
as a
mari
llas
RF
Tratamiento aguas de WC a
vacío (5 a 18 L/p.d)
5 L/p.d 9.8 g DQO/L
1.2 g DQO/L
V = 12 L/p, TRH= 8.2 d
3.5 L/p.d CH4 32 Wh/p.d
Manejo de agua para la
sustentabilidad
Lluvia
Desconcentración de PTAR y CIRE
52 Km
12 Mhab en aprox. 924 Km2 13,000 hab/Km2
Desconcentración de PTAR y CIRE
1 M hab * 0.5 kg forsu/hab.d = 500 T/d
1 M hab * 0.18 m3 /hab.d = 2 m3 /s
•Para minimizar costos operativos
•menos viajes
•menos drenaje
•Reducir superficie utilizada
•Procesos sustentables ante.
•Alto costo energía
•Aumento poblacional
•Cambio climático
•Ponerse en operación en etapas
•En menos de 2 años la primera
Filtros de partículas
Almacenamiento temporal
biogás a P atm, CH4 60%,
CO2 40%
Compresor
Metano 95% , 2.3
m3/h a 6 atm
5 m3/h
Módulo de membrana
CO2 71%, CH4 28 % ,
2.7 m3/h, P atm
A
FL, SL
FW,SU
UASB
Fw, Sw
QCH4 FL = 0.025 A, SU
FU, SUo
RHALE
FORSU
WO, HO
W1, H1
Qr
Qp,
Factibilidad técnica
1 T FORSU QCH4 Qp Qr Ed
FCH4 (kg/d) 23.35 3.85 19.5
Eg (kWhr/d) 304 50 254 179
Ec (kWhr/d) 75
E (Lgaso/d) 31 5 26 18
Objetivo: plantas para un 1 M habitantes 9000 L gasol/d.
Tratamiento biológico AR: 231 L/s FORSU: 600 T/d
Cl - RH
V= 2185 m3
H=4 m
A= 550 m2
R UASB
V=4,550
H=6
A=760
RAM
V= 1667
H=8
A=210
SD=1200 mg/L
SS=300 mg/L
F= 0.23 m3/s
QCH= 17,560 m3/d
163 MWh/d
0.12 T/d 2 T/d 14.T/d
17 TO2/d
2 MWh/d
1400
120
1390
48
50
20
TBAR
V= 20,500 m3
θ = 30 d
H= 6 m
A = 3,500 m2
4000
120
3144 ft3/min
4 Mwh/d
6 L/s
Mezquital
Infiltración agua de lluvia
filtración, absorción e intercambio iónico
Ishijama, near Lake Biwa, Japan.
Peter Wilderer, Pollution and purification of stormwater runoff (2009)
Características lluvia colectada en:
•SS (350 mg/L) •Hojas •Excretas •µorg •Material de abrasión
•Llantas, frenos, conv. catalítico (Zn 412µ/L, Cu 346, Cd, Cr, Pt, Pb 37)
Escurrimientos de techos metálicos
•Cu: 0.7 a 2 g/m2.a 0.4 – 11 mg/L •Zn: 3.7 g/m2.a -> 30 mg/L
•SD •SO2 •NOx •NH4 •VOC (benceno, PAC, MTBE, ETBE: DOC =20, TOC=70 mg/L)
Avenidas
2
1
4
5
3
6
Pretratamiento en pozos de infiltración
3. filtración, absorción e intercambio iónico
Incremento recarga natural Recuperación de muchos de los 45 ríos que
alimentan el Valle de México
Ejemplo:
Ríos Amecameca y la Compañía
que aportan 2.7 m3/s
Cuenca de los ríos
Amecameca y la Compañía
Balance de agua después de las
principales acciones
Conclusiones Necesaria la participación pública en temas de agua
(Consejos de Cuenca) – Diseño, instrumentación junto con autoridades de agua – Supervisión pública de obras y operación – Ahorro en hogar y trabajo – Necesidad de reuso
Generación industrias y empleo con diversas tecnologías – producción artefactos domésticos – colectores de agua de lluvia – empresas ingeniería
membranas, generadores electricidad, sanitaria, instrumentación y control riego avanzado en el V del Mezquital
– mejores cosechas en Valle del Mezquital
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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