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Posibilidades para la potabilización del agua en países en vías de desarrollo

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  • Posibilidades potabilización agua países vías desarrollo
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  • Este trabajo ha sido redactado por: Yaiza Gabaldón Alcudia, Guillermo Garach Serrano, Helena García de Frutos, José María Díaz y Álvaro Ramajo Juan.

Sobre la Entidad

Gestión del Agua ETSII - UPM
Este es el perfil iAgua de la asignatura Gestión del Agua impartida en el Máster de Ingeniería Química y en el Máster de Ingeniería Ambiental de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid.
Minsait
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Que “El agua es vida” es uno de los dichos más conocidos, pero lamentablemente, algunas zonas del planeta carecen de acceso a un agua con condiciones aceptables para la vida. En este artículo, se exponen algunos datos sobre el acceso a agua de calidad, así como la presentación de varios proyectos llevados a cabo en relación con esta materia.

Según datos recientes de la OMS y UNICEF, 2.100 millones de personas carecen de acceso a servicios de agua potable gestionados de manera segura y 4.500 millones carecen de servicios de saneamiento gestionados de forma segura. Otro dato devastador es que el agua no potable y el saneamiento deficiente con las principales causas de la mortalidad infantil, afectando a 1,5 millones de niños anualmente.

Esta es una triste realidad y, para intentar paliarlo, la Asamblea General de las Naciones Unidas reconoció en julio de 2010 el derecho humano al agua y al saneamiento. Poniendo este hito en cifras, los objetivos a destacar son: acceso a entre 50 y 100 litros de agua por persona y día, coste no superior al 3% de los ingresos del hogar y distancia máxima de 1 km al punto de destino. Este intento está en consonancia con el Objetivo de Desarrollo Sostenible número 6 cuyo objetivo es “Garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos”.

En zonas de África, Asia o Sudamérica, existen aún muchas personas que no tienen un acceso diario al agua potable. Estas personas deben recorrer muchos kilómetros de ida y vuelta para recolectar agua y llevarla a sus hogares. Realizan esta tarea cargados con amplios bidones y sin la certeza de que el agua que vayan a recolectar sea potable y de calidad.

Es por este motivo, que se centran esfuerzos para el desarrollo de tecnologías de bajo coste y abordables para comunidades con muy pocos recursos económicos, y que puedan proveer de un agua de calidad y sin riesgo infección por microorganismos patógenos, que a la larga, impiden el desarrollo personal.

Slingshot fue desarrollado por Dean Kamen, más conocido por ser el creador del Segway. Slingshot está basado en un sistema de destilación por compresión de vapor, y que permite purificar cualquier tipo de agua contaminada mediante un proceso de condensación, permitiendo recoger el agua sin contaminación en un depósito adyacente. Dean Kamen afirma que el Slingshot permite incluso potabilizar el agua del mar, incluso descontaminar el agua dulce de sustancias nocivas e incluso bacterias o cualquier tipo de patógeno.

En zonas de África, Asia o Sudamérica, existen aún muchas personas que no tienen un acceso diario al agua potable

El proceso es sencillo, el agua contaminada es introducida en el calderín y se lleva a ebullición. El vapor de agua obtenido se calienta un poco más para conseguir la eliminación de virus, contaminantes y bacterias. Posteriormente, el vapor se comprime en el compresor con el objetivo de disociar el vapor de todos los gases. Este vapor sobrecalentado, es condensado en las paredes del depósito. El agua limpia condensada gotea hasta su recogida. Esta agua se enfría empleando un intercambiador de calor que opera a contracorriente.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que la tecnología debe ser implantada en países con pocos recursos para el mantenimiento, así como poca mano de obra especializada en su utilización.

De aquí surge la necesidad de desarrollar técnicas de desinfección de agua de bajo coste. Una de las más extendidas es la desinfección solar del agua o método SODIS, recomendado por la Organización Mundial de la Salud, UNICEF y Cruz Roja debido a su mínima inversión económica y a su sencillez.

Este método se basa en el efecto bacteriostático de la radiación solar UV-A (longitud de onda 320-400 nm) así como en la presencia de oxígeno disuelto con el objetivo de reducir la concentración de patógenos en las aguas. Esta técnica SODIS utiliza botellas de tereftalato de polietileno (PET) transparentes para reducir los contaminantes del agua por la acción de radicales libres de oxígeno y peróxidos de hidrógeno producidos por la luz solar.

Se ha demostrado que, el uso de la técnica SODIS, ha reducido entre un 30% y un 80% la cantidad de personas afectadas por enfermedades causadas por el consumo de agua en malas condiciones, dependiendo de los países en los que se utiliza, mediante a inactivación de microbiana, sin embargo existen estudios que demuestran la posibilidad de recrecimiento microbiano 24 horas después del tratamiento. Por ese motivo, es necesario desarrollar nuevas investigaciones que solventen o, al menos mejoren, dicho problema.

Una de las mejoras del método SODIS ha sido la utilización del dióxido de titanio, TiO2, con el fin de promover la aceleración de la muerte celular de las bacterias y de la destrucción al mismo tiempo de la materia orgánica indeseable.

El dióxido de titanio es un compuesto semiconductor excitable bajo condiciones de radiación, siendo capaz de generar un par de electrón-banda vacía. Esta banda vacía, al reaccionar con el agua, genera radicales de hidroxilo y, a su vez, el oxígeno disuelto forma especies altamente oxidantes como los peróxidos y los superóxidos.

Investigaciones desarrolladas por Gelover et al. (2006) muestran como en todos los casos, los tratamientos con TiO2 superaron el rendimiento de SODIS. Así, se puede comprobar la disminución de los coliformes totales tanto en SODIS como en los sistemas fotocatalíticos (SODIS+TiO2), y que este último proporciona una desinfección más rápida.

Por otro lado, en 2015, el departamento de Ingeniería Química y Medioambiental de la Universidad de Castilla – La Mancha comenzó el desarrollo de un prototipo de colector solar parabólico compuesto (CPC) para reducir la toxicidad del agua y someterla a un proceso de pasteurización. El dispositivo emplea dióxido de titanio TiO2 para catalizar el proceso, y se estima que cada dispositivo podría conseguir entre 15 y 20 litros diarios de agua potable.

Además de los problemas de acceso a un agua de calidad y al saneamiento, alrededor de 1200 millones de personas no tienen acceso a la electricidad

Definitivamente, el desarrollo de dispositivos como el CPC de la UCLM, en combinación con técnicas ya implementadas o utilizadas como el SODIS, podría ser un importante paso en el camino para que todas las personas del mundo puedan disfrutar de un acceso a agua limpia y potable con un cierto nivel de calidad.

Pero es que además de los problemas de acceso a un agua de calidad y al saneamiento, alrededor de 1200 millones de personas no tienen acceso a la electricidad. Y ¿Si existiese un método que combine la producción de energía con la consecución de un agua apta para el consumo humano? Dicho interrogante se puede responder con una sola palabra, SOLWAT.

SOLWAT es un sistema desarrollado por IMDEA Agua, que combina la desinfección de agua aprovechando la radiación solar (SODIS) con la obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos, ensamblados en una única instalación.

La radiación solar que llega a la tierra es de aproximadamente 1300 W/m2, una parte es absorbida por gases y contaminantes presentes en la atmósfera, llegando al nivel del mar aproximadamente 1200 W/m2, con longitudes de onda cubriendo todo el espectro. El método SODIS aprovecha la radiación de la franja ultravioleta para la desinfección del agua, ya que la radiación con esta longitud de onda es capaz de provocar alteraciones irreparables en el ADN de las bacterias y otros patógenos evitando su reproducción, además provoca daños en las membranas de estos organismos impidiendo así el correcto desarrollo de sus actividades celulares, acabando con los cultivos presentes en el agua y haciendo posible su uso para consumo

La desinfección del agua esta favorecida además por el incremento de temperatura del agua tratada, esto es posible ya que además de aprovechar la franja ultravioleta, el agua absorbe parte de la fracción infrarroja, y aquí es donde puede surgir la duda ¿Qué fracción del espectro quedaría para los paneles fotovoltaicos?

Los paneles fotovoltaicos son capaces de producir energía aprovechando la fracción de “Luz visible”, de esta forma el sistema SOLWAT aprovecha gran parte del espectro, combinando dos sistemas que se reparten “el pastel” sin haber un conflicto de intereses ya que emplean partes diferentes aunque de una misma fuente.

Lo que resulta más interesante es la mejora conseguida al combinar un sistema con otro, en principio parece que es un simple sistema de desinfección con otro de producción de energía, que podrían ser implantados por separado, como dos elementos unidos físicamente, pero sin interacción entre ellos.

Las células de los módulos fotovoltaicos se componen de “mono-crystalline-silicone”, que además de conseguir una mejor transmisión de las ondas infrarrojas a los paneles permite alcanzar temperaturas de aproximadamente 50ºC en el agua (con una radiación media de 850 W/m2) mientras que en los lotes de SODIS se podrían alcanzar como máximo temperaturas de 44ºC (fabricados con PET). Otro aspecto que mejora la desinfección es la forma de dichos “reactores”, en este punto SOLWAT consigue una mejor disposición y distribución de la radiación.

Con todas estas sinergias a través de SOLWAT se puede reducir el tiempo necesario para la desinfección desde 6h a 3h (valores medios para la desactivación total de una bacteria estándar como la E. coli), lo que permitiría tratar más cantidad de agua en el mismo periodo de tiempo, a la vez que se obtiene cierta cantidad de energía.

La duda que ahora nos plantea este sistema es ¿Es rentable implantar un método tan “avanzado” para obtención de energía con uno tan “rudimentario” de desinfección del agua? ¿Cómo se plantearía esta opción en países con pocos recursos o subdesarrollados?

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