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 m3 (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 Km2, 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) ¿Qué ocurre si esta operación la realizan varios buques en forma simultánea y en un mismo lugar?.

2) ¿Qué se haría con los sedimentos resultantes del proceso del agua?

3) 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, Argentina2 Departamento de Física, Fundação Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil3 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

Figura 1. Cuenca del Plata, incluyendo los principales tributarios, y distribución superficial de salinidad en invierno. La escala de colores indica los valores de salinidad en el océano. Nótese la lengua de baja salinidad (tonos azules) que se extiende desde el estuario del Plata a lo largo de las costas del Uruguay y el Brasil.

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 accidente por hundimiento implica pérdidas tanto materiales como posiblemente humanas, donde los fluidos 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 BPA COMENTARIOSGran consumo de energía. Utiliza los generadores del buque

Consumo estimado 6 kW / h / m3Cerca del 15/20% de la energía producida se destina PDA

Vulnerables ante eventos sísmicos, tsunamis, cortes de energía por caída de líneas de transmisión

Puede ubicarse donde sea seguro Los tsunamis en alta mar no son un problema para un BPA, a menos que éste se encuentre en aguas someras

Vulnerable ante conflictos. Su movilidad lo hace menos vulnerable.

Dada la relativa volatilidad de la paz mundial, estos BPA puede operar con mayor seguridad que una planta fija en un sitio.

PDA BPA COMENTARIOSDifícil 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.

Dependiente de las condiciones locales del agua cruda.

Puede buscar aguas crudas de calidad.

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.

En caso de emergencias (derrames de contaminantes) no puede continuar operando.

Puede buscar aguas libres de problemas.

Idem anterior.

Solo abastece a la localidad o área servida por la planta.

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)

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.

Abastecimiento constante restringido por el diseño de la planta.

Abastecimiento flexible, según demanda.

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 BPARUBRO VALOR INDICATIVO

USDBuque de 37.000 RGB (2da. Mano) 27.000.000Construcción y entrega del sistema de tratamiento (UF + OI) 35.000.000Conversión buque (instalación planta más otras adecuaciones) 7.000.000Operación del buque por año 2.000.000Operación del sistema de tratamiento por año 5.000.000Total 76.000.000Precio promedio del m3 de agua potable 1,05

Grafico 1: Inversión específica mediante ultrafiltración

Gráfico: 2 – Inversión específica por volumen de almacenamiento

IMPACTOS ESPERADOS

Los impactos esperados del presente proyecto se pueden resumir en los siguientes puntos:

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000

Ccapacidad máxima max de tratamiento de agua m³/h

Inversión específica

€ /( m³/h)

0

100

200

300

400

500

600

0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000

volumen utilizable de tanque m³

Inve

rsió

n e

spec

ífic

a €/

m³

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)

Rerefencias:

OI: Osmosis InversaUF: Ultra Filtrado

Figura 2: Planta de Ultra Filtrado

Planta UFPlanta OI

TanquesAlmacenamiento agua potable

Unidad de bombeo OI

Generadores

Figura 3: Planta de Osmosis Inversa

Figura 4: Planta de desalinización on shore (PDA)

Entrada agua cruda

Salida agua potableConcentrados

Salmueras de rechazo

Figura 5: Esquema de tratamiento

Salmueras de rechazo

Agua cruda

Neutralización

Regulador de Ph

Cloro

NaOH

HCl

Almacenamiento

Prefiltrado

Ultra Filtración

Tanque buffer

Osmosis Inversa

Filtración de Limos

Antiescalante

Antifouling

Tanque de agua pura

a entrega