CICLO EL AGUA Y ALTERNATIVAS DE GESTION

CICLO EL AGUA Y ALTERNATIVAS DE GESTION
CONTENIDOS:
INTRODUCCION
DESARROLLO
ALGUNOS COSTOS
IMPACTOS ESPERADOS
GLOSARIO
FIGURAS
TITULO: “CICLO EL AGUA Y ALTERNATIVAS DE GESTION”
”Porque uno no se lo imagine, no significa que
no vaya a ocurrir”
INTRODUCCION
El ciclo hidrológico es en términos generales un sistema cerrado,
consistente en el proceso de evaporación del agua de tanto dulce como de mar
por acción de la energía solar, la incorporación de ésta a la atmósfera, su
condensación en masas nubosas, el transporte atmosférico de las mismas por
acción de los vientos, la precipitación, la captación por parte de los organismos
(plantas y animales), la transpiración y la respiración que la incorporan
nuevamente a la atmósfera, el transporte por ríos y el almacenamiento provisorio
casquetes polares, lagos, represas, mantos subterráneos, entre otros.
En varias etapas de este ciclo el hombre intercepta el agua, sea captándola
desde los ríos, lagos, acuíferos subterráneos, del mar, de los hielos, utilizándola
para usos directos humanos, industriales, riego o incorporándola a productos
conocida como “agua virtual”.
Cuando el agua no está disponible en forma directa para consumo (masas
de hielo ó agua de mar), se realizan procesos de fundición o potabilización para
satisfacer las necesidades del hombre. En el caso de las masas de hielo éstas no
pueden ser explotadas durante los próximos 50 años por las restricciones del
Protocolo de Madrid.
El agua no tiene una distribución homogénea en el globo, ni siquiera dentro
de un mismo país, región ó territorio.
Así es que podemos encontrar áreas con excedentes hídricos como ser la
Cuenca del Plata en Argentina, y grandes áreas desérticas como el caso de Medio
Oriente y parte de Africa.
O bien dentro de una misma región como lo es en Argentina donde
tenemos la zona de la Mesopotamia en el Noroeste del país donde se encuentra
su mayor cuenca hídrica, y por el otro lado tenemos la zona del NOA Argentino,
con déficits hídricos y zonas desérticas.
Otro caso es el del valle del río Nilo en Africa por donde discurre el curso
del río pero que a unos pocos cientos de metros a cada margen el desierto son el
ambiente dominante.
Estudio de Caso: El Río de la Plata derrama al mar unos 22.000
m3/segundo (equivalencia: 1m3 = 1 Ton.) que representan unos 693.792.000
Km3/año, o su equivalente en toneladas en una amplia zona de mezcla en el
llamado Frente Marítimo. Según datos históricos el menor volumen registrado fue
de 12.000 m3 (mayo de 1978 y entre diciembre de 1999 y enero de 2000), y el
mayor volumen registrado fue de 65.000 m 3 (marzo a agosto de 1983 y de abril a
mayo de 1998). (Fuentes: Servicio de Hidrografía Naval; Frente Marítimo del Río de La Plata;
Instituto Nacional del Agua y el Ambiente)
A este río confluyen dos grandes cursos, el Río Paraná y el Río Uruguay,
ambos tienen su origen en el sur del Brasil, una de las principales áreas selváticas
del mundo, las que por su morfología y fitosociología proveen de agua en forma
continua a estos grandes ríos, reteniéndola transitoriamente y liberándola en forma
gradual, por lo que estos ríos normalmente no tienen una época de estiaje
definida.
El agua proviene de las cuencas de los ríos Paraná/Paraguay y Uruguay, la
segunda en extensión en Sudamérica, después de la del Amazonas, y la cuarta en
el mundo. La cuenca del Plata abarca unos 3.100.000 Km 2, que incluyen regiones
remotas, como las nacientes del río Pilcomayo en el noroeste boliviano, en la
Cordillera Central y las sierras al noreste de Brasilia, que se encuentran a más de
2.500 Km de la desembocadura. La Sierra do Mar, próxima a la costa del SE del
Brasil impide el flujo directo de las aguas de lluvia hacia el océano y estas se
derraman hacia la cuenca del Plata. Por ejemplo, las aguas de los ríos Tietê y
Pinheiros, que atraviesan la ciudad de San Pablo, situada a menos de 50 Km del
Atlántico, recorren más de 2.800 Km para alcanzar el océano recién después de
llegar al Río de La Plata.
Volviendo al Río de la Plata, cuya calidad de sus aguas se encuentra entre
las cuatro primeras del mundo, tiene un ancho máximo de cerca de 45 Km. El
agua dulce al incursionar en el mar se adentra más de 200 Km.hacia el sur y más
de 1.000 km. Hacia el norte, variando la penetración de esta “pluma de agua
dulce” en función de factores meteorológicos, como ser el viento sudeste que
suele empujar al mar aguas arriba, provocando inundaciones en el litoral
argentino, estación del año, corrientes o de nivel del mar.
El agua dulce al mezclarse con la marina, pierde su condición de tal y se
integra a la masa oceánica, en forma gradual y en un volumen casi imperceptible
en términos de valores relativos entre el río y el mar.
Por su parte, todas las ciudades costeras de ambas márgenes de estos ríos
captan agua dulce desde tomas de agua que la llevan a plantas de potabilización,
para su distribución y uso.
Hoy existe una gran controversia respecto a considerar al agua como un
derecho humano. En los foros internacionales este concepto lamentablemente
quedó solo en una buena intención y la mayor parte de las empresas prestadoras
de servicios de suministro de agua para consumo, han logrado hasta ahora el
objetivo de desarticular esta posición, por lo que no es difícil de imaginar que en
los próximos años este recurso será un bien comercializable. De hecho hoy, 500
cc. de agua mineral cuesta en Argentina el equivalente a USD 1,00 en tanto que
1.000 cc. de gasolina de 90 octanos cuesta lo mismo. Esta extraña paradoja es
una tendencia que se acentúa con el correr del tiempo y que deja abultadas
utilidades a las empresas que comercializan agua, donde además las tecnologías
involucradas para obtener uno y otro producto son de complejidad e implicancias
ambientales absolutamente diferentes.
DESARROLLO
Con el presente documento se pretende desarrollar un esquema de gestión
del agua en dos escenarios posibles aunque reales, a saber:
Escenario A: Agua de río.
Esceario B: Agua de mar.
Escenario A: Se trata de aprovechar racionalmente y bajo control la
interfase en la desembocadura de un río, antes que se adentre en el mar. Esta
idea, si bien pueda parecer un tanto audaz, pues a primera vista aparece como
interfiriendo con el ciclo normal del agua, en una lectura un tanto más detenida,
estamos aprovechando este recurso hídrico antes que el agua dulce pierda su
condición de tal y es una forma que acerca a usuarios que no lo disponen en
cantidad y calidad suficientes.
Se propone captar el agua del Río de La Plata u otros ríos del mundo antes
que la misma llegue al mar y pierda la condición de agua dulce de origen,
utilizando buques tipo supertanqueros, de dimensiones acordes a este fin (entre
100.000 a 300.000 Toneladas de Registro Bruto). Cabe señalar a título informativo
que un buque de 100.000 TRB transporta aproximadamente 80.000 toneladas de
agua. Estos buques estarán equipados para captarla, tratarla durante su travesía,
y transportarla a los puntos de entrega sea que se lo haga a granel ó envasada a
regiones ó comunidades con problemas de carencia hídrica.
Naturalmente surgen preguntas como:
1)
2)
3)
¿Qué ocurre si esta operación la realizan varios buques en forma
simultánea y en un mismo lugar?.
¿Qué se haría con los sedimentos resultantes del proceso del
agua?
Qué ocurriría en caso del hundimiento de un buque que
transporte agua dulce, ó si se produce un derrame?
Para el primer interrogante: La respuesta es simple, la tasa de extracción
debe ser dimensionada de acuerdo al módulo de cada río en su desembocadura al
momento de su captación, por lo que los eventuales permisos de captación se
harán en relación al caudal de cada curso de agua.
Para el caso del Río de La Plata el módulo es de tal magnitud que en el
peor de los casos:

10 buques extrayendo 80.000 Ton./día implica un total de 800.000
Ton./día.Cabe señalar que ese volúmen de agua el río lo repone en
aproximadamente en 40 segundos.
 El río ha volcado en un día 190.800.000 Ton. por lo que el efecto de la
masa extraída sería casi irrelevante respecto a la masa de agua aportada.
 En términos comparativos y a modo de ejemplo, el Río de la Plata descarga
en un día agua dulce al océano lo que todos los ríos de España lo hacen en
un año.
Cabe señalar que se puede regular perfectamente esta extracción dando
los permisos de ingreso al área destinada a tal fin, hecho que se puede controlar
desde los sistemas de control de tráfico de buques (VTS) operados por los
Servicios de Guatrdacostas para cada zona en cuestión.
No es lo mismo captar por este medio parte del agua dulce que derrama el
Río Amazonas en Brasil, que el Río de La Plata en Argentina, el Ganges en la
India ó el Amarillo en China.
Para el segundo interrogante: Los barros resultantes se pueden descargar
en cercanías del punto de captación. Esto es en la zona de trancisión entre el río y
el mar. Esto se sustenta (para el caso del Río de la Plata) en la información
científica documento denominado “El impacto del Plata sobre el Océano Atlántico” Alberto R Piola1, Osmar O Möller Jr.2 y Elbio D Palma3
1 Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,
Universidad de Buenos Aires
y Departamento Oceanografía, Servicio de Hidrografía Naval, Argentina
2 Departamento de Física, Fundação Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil
3 Departamento de Física, Universidad del Sur, Bahía Blanca, Argentina
En caso de deslastrar
en el punto de origen, no
presenta en principio dificultad
ambiental alguna pues es lo
que a cada segundo ocurre en
el área. Es decir que el vertido
de sedimentos en el área de
toma del agua, restituye los
sedimentos que de otra
manera se perderían si se los
volcara en otras latitudes.
Se está analizando la
alternativa de utilizar estos
sedimentos
para
mejorar
suelos en áreas de suelos no
formados para acondicionarlos
para
cultivos,
dada
su
importante carga orgánica.
Para
la
tercera
pregunta:
Es la situación
menos deseada, pues un
1. Cuenca del Plata, incluyendo los principales tributarios,
accidente por hundimiento Figura
y distribución superficial de salinidad en invierno. La escala de
implica
pérdidas
tanto colores indica los valores de salinidad en el océano. Nótese la
materiales como posiblemente lengua de baja salinidad (tonos azules) que se extiende desde el
humanas, donde los fluidos estuario del Plata a lo largo de las costas del Uruguay y el Brasil.
del buque (combustibles y/o
aceites)
son
un
factor
importante de contaminación, pero si nos centramos en la carga, en este caso
agua, si bien 80.000 toneladas de agua parecen ser importantes en materia de
volúmenes no lo es en relación a la masa oceánica, a menos que el accidente
ocurra directamente sobre un arrecife coralino, donde la incidencia del agua dulce
en esos ambientes puede ser importante o dañina para los organismos. En todos
los casos el agua dulce se incorpora rápidamente en el medio marino. Obviamente
se utilizarán rutas que evadan estos puntos ambientalmente sensibles.
Escenario B: Agua de mar.
Para ambos escenarios (A y B) un buque productor de agua es, desde el
punto de vista técnico, una unidad naval diseñada, construida ó acondicionada
para operar de manera integrada con su planta de tratamiento abordo que consta
de una planta de Osmosis Inversa, Una Planta de Ultrafiltrado, sistemas de
bombeo, tanques de almacenamiento, sistemas de bombeo, generación de
energía y tuberías para captar y entregar agua potable en destino. (Ver fig. 1)
Se puede utilizar para este fin buques tipo bullcrarrier o petroleros que por
las actuales condiciones del mercado del flete marítimo y regulaciones
internacionales para petroleros no pueden continuar operando con hidrocarburos
en poco tiempo más por ser de casco simple (single hull), y que se pueden
adaptar a este propósito, pues conceptualmente son buques diseñados para
transportar fluidos.
Es así que estos buques pueden ser reconvertidos con muy poca inversión
(revestimiento epoxi, pintado ó vitrificado del interior de los tanques, instalación a
bordo de las plantas de tratamiento del agua, adecuación de tuberías, bombas,
entre otros)
La propuesta consta de varias facetas:
a) La construcción, modificación ó licenciamiento de buques tipo
supertanque entre 100.000 a
300.000 TRB, o bullcarriers de
aproximadamente 30.000 TRB. Estos últimos han dejado de utilizarse
por los nuevos escenarios de mercado internacional de transporte de
carga a granel.
b) La instalación a bordo de cada buque de sistemas de captación y
descarga de agua dulce (tomas de mar, bombas, tuberías, tanques) y de
las plantas de tratamiento para tratar el agua captada a fin de
cumplimentar con todos los requerimientos bromatológicos para su
consumo.
La operación de los buques sería como sigue:
a)
Captación de agua cruda en el punto o zona asignada por cada
jurisdicción o punto en el mar.
b)
Tratamiento del agua por la planta durante la travesía del buque
desde el lugar de toma hasta el lugar de entrega.
c)
Entrega del agua en el punto de destino. Para evitar erores de
conexión se prevé el diseño de bridas de conexión normatizadas
Se prevén tratamientos específicos para evitar la dispersión de organismos no
deseables en otras latitudes (Ej. Limnoperma fortunei que por alije de buques
provenientes de Asia, provocaron la dispersión de este bivalvo por ejemplo en el
Río de la Plata, con serios inconvenientes en la infraestructura de tuberías ó
tomas de agua.
c) La eventual certificación de cada buque por normas DIN-EN-ISO
9001/2000 de Gestión de Calidad de Mejora Continua ó las que en el
futuro se adopten.
d) La flexibilidad del sistema permite operar de distintos modos:
 Captar agua y transportarla sin tratar hasta el destino acordado ó
contratado, salvo aquellos procesos destinados a evitar la dispersión de
organismos no deseables. (Agua Tipo 1)
 Captar el agua y efectuarle un tratamiento inicial a bordo hasta un nivel
de calidad intermedio requerido por el destinatario. (Agua Tipo 2)
 Captar el agua y darle el tratamiento requerido por el cliente para
alcanzar estándares locales ó internacionales de calidad de agua
potable para consumo directo. (Agua Tipo 3)
 Captar el agua, tratarla para darle un estándar para su envasado a
bordo. (Agua Tipo 4)
e) Los barros provenientes del tratamiento, previamente analizados,
pueden volcarse dentro del frente marítimo, de esta manera se
restituyen los sedimentos que fueran extraídos durante la toma.
f) En razón de estos buques se podrá requerir la revisión y actualización
de Convenios tales como el MARPOL 73/78, SOLAS, entre otros.
g) Una alternativa al presente desarrollo es fondear un buque cisterna con
una o más plantas de tratamiento a bordo. Esta embarcación captaría y
trataría el agua in situ. La misma, una vez potabilizada será transferida a
los buques aguateros a los le que transferirán el agua tratada. De esta
manera se puede operar con más flexibilidad y con un mayor número de
buques más pequeños de menor costo operativo.
Existen en la actualidad plantas de desalinización de agua marina on shore
(PDA), sin embargo vale la pena hacer algunas comparaciones con respecto a los
buques potabilizadores (BPA):
TABLA 1
PDA
Gran consumo de energía.
Vulnerables ante eventos
sísmicos, tsunamis, cortes de
energía por caída de líneas de
transmisión
Vulnerable ante conflictos.
BPA
Utiliza los generadores del buque
Consumo estimado 6 kW / h / m3
Puede ubicarse donde sea seguro
Su movilidad lo hace menos
vulnerable.
COMENTARIOS
Cerca del 15/20% de la energía
producida se destina PDA
Los tsunamis en alta mar no son
un problema para un BPA, a
menos que éste se encuentre en
aguas someras
Dada la relativa volatilidad de la
paz mundial, estos BPA puede
operar con mayor seguridad que
una planta fija en un sitio.
PDA
BPA
COMENTARIOS
Difícil gestión de las salmueras de
rechazo.
Las salmueras de rechazo de se
diluyen durante la travesía del
buque, es decir no son factor de
contaminación.
La salmuera se descarga en la
estela de un BPA, facilitando su
disolución restituyéndose
rápidamente los tenores salinos
del agua del lugar . En el caso de
una PDA estos efluentes son un
verdadero problema a la hora de
su disposición o gestión.
Problemas de aguas costeras por
eventos contaminantes tanto
constantes como esporádicos,
restrigen la capacidad operativa
de una PDA o incrementan los
costos operativos para remover
dichos elementos indeseados.
Idem anterior.
Dependiente de las condiciones
locales del agua cruda.
Puede buscar aguas crudas de
calidad.
En caso de emergencias
(derrames de contaminantes) no
puede continuar operando.
Solo abastece a la localidad o
área servida por la planta.
Puede buscar aguas libres de
problemas.
Puede llevar el agua donde se la
requiera.
Ante un evento catastrófico en
una región, el BPA puede asistir a
la población afectada, pues puede
tratar el agua durante el viaje al
punto de destino.
Requiere de instalaciones
especiales.
Requiere de instalaciones
portuarias asimilables a las de
hidrocarburos (Ej. Monoboyas)
Abastecimiento constante
restringido por el diseño de la
planta.
Abastecimiento flexible, según
demanda.
Si bien se necesita un sistema
de distribución de agua tierra
adentro (tanto para PDA como
para BPA) una instalación
destinada a transferir el agua
del buque a tierra es de fácil
montaje. Pueden utilizarse
alternativas intermedias como
ser camiones cisterna.
El BPA se puede ubicar donde
se requiera agua, sea en
forma temporaria o
permanente.
Nota: Similares comparaciones pueden hacerse entre las PDA ubicadas a la vera de los ríos, en
comparación con los BPA que operen en los mismos.
ALGUNOS COSTOS
Tabla 2: Costos estimados para un BPA
RUBRO
VALOR INDICATIVO
USD
27.000.000
35.000.000
7.000.000
2.000.000
5.000.000
76.000.000
1,05
Buque de 37.000 RGB (2da. Mano)
Construcción y entrega del sistema de tratamiento (UF + OI)
Conversión buque (instalación planta más otras adecuaciones)
Operación del buque por año
Operación del sistema de tratamiento por año
Total
Precio promedio del m3 de agua potable
Grafico 1: Inversión específica mediante ultrafiltración
Inversión específica
€ /( m³/h)
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0
0
1.000
2.000
3.000
4.000
Ccapacidad máxima max de tratamiento de agua m³/h
5.000
6.000
7.000
Gráfico: 2 – Inversión específica por volumen de almacenamiento
Inversión específica €/m³
600
500
400
300
200
100
0
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
volumen utilizable de tanque
m³
IMPACTOS ESPERADOS
Los impactos esperados del presente proyecto se pueden resumir en los
siguientes puntos:
a) Permite una distribución más equitativa del recurso agua. Conceptualmente
todos estamos involucrados en el ciclo del agua sin embargo su distribución
y acceso es desigual. Con un sistema flexible como el descripto se acortan
esas diferencias y se torna más equitativo desde el punto de vista social.
b) Permite el intercambio de bienes o recursos entre países. Ej. Agua por
petróleo crudo.
c) Permite la diversificación del acceso a fuentes de agua cruda las que
actualmente están restringidas solo a las costas.
d) Permite disminuir la demanda de energía para potabilización, la que se
puede derivar a otras necesidades.
e) Permite establecer un sistema de entrega "puerta a puerta" de agua para
satisfacer demandas que no siempre son constantes. Ej. Catástrofes
naturales, conflictos étnicos y bélicos.
f) Permite utilizar tecnologías preexistentes y actualmente en uso. No requiere
de desarrollos tecnológicos específicos. Este esquema solo reune en forma
racional, tecnologías en uso y de funcionamiento probado y accesible.
g) Permite una mejor respuesta ante el cambio global. De darse las
predicciones del incremento del nivel del mar las PDA estarán muy
expuestas. Los costos de su reubicación (siempre que esto sea posible por
la geografía costera local) serán importantes, aunque este proceso puede
hacerse con tiempo suficiente.
Glosario:
Agua cruda: Se trata de agua dulce o salada sin tratamiento para su potabilización.
Brida: Se trata de una pieza metálica que asegura la fdirmeza de una conexión entre dos
mangueras o entre una manguera y otro dispositivo.
MARPOL 73/78: Convenio internacional ratificado pñor la mayoría de los países y que regula las
condiciones para la protección ambiental en cuanto al vertido de efluentes contaminantes.
Monoboya: se trata de boyas, ancladas al fondo, las que se utilizan para la transferencia de
hidrocarburos desde un buque a instalaciones terrestres. Se las utiliza en zonas de poca
profundidad, o para ampliar las instalaciones de recepción de crudo de un puerto petrolero.
Salmuera de rechazo: Se trata de una mezcla de agua con altos tenores de sal.
SOLAS: Convenio internacional ratificado pñor la mayoría de los países y que regula las
condiciones para la protección de la vida humana en el mar.
TRB: Toneladas de Registro Bruto. Es el peso total de un buque incluida su carga.
FIGURAS
Figura 1: Buque productor de agua (BPA)
Generadores
Rerefencias:
Unidad de
bombeo OI
OI: Osmosis Inversa
UF: Ultra Filtrado
Figura 2: Planta de Ultra Filtrado
Planta OI
Tanques
Almacenamiento agua potable
Planta UF
Figura 3: Planta de Osmosis Inversa
Salida agua potable
Entrada agua cruda
Figura 4: Planta de desalinización on shore (PDA)
Salmueras de rechazo
Concentrados
Figura 5: Esquema de tratamiento
Agua cruda
Almacenamiento
Cloro
NaOH
Neutralización
Prefiltrado
HCl
Ultra Filtración
Antiescalante
Tanque buffer
Regulador de Ph
Osmosis Inversa
Filtración de Limos
Tanque de agua
pura
a entrega
Antifouling