Tecnologías del Agua

Tecnología

Desde que Arquímedes inventó su tornillo para trasladar el agua cuesta arriba y los romanos construyeron sus acueductos, la humanidad ha intentado manipular el recurso más preciado de la tierra mediente el uso de la tecnología.

Las tecnologías han jugado un papel fundamental en la historia del manejo del agua, a nivel mundial.

Actualmente la problemática del agua se ha acrecentado; el crecimiento poblacional,  el avance de las fronteras agrícola, ganadera y urbana, la deforestación, el cambio climático y la mala planeación en su gestión, han llevado a este recurso a una crisis.

Para enfrentar algunos retos  como el  abasto, la contaminación  y el desperdicio se han diseñado alternativas tecnológicas, que además de ser eficientes, operan sin impactar las condiciones del entorno y los ecosistemas.

En el siguiente enlace puedes encontrar información clara, rápida  y sencilla sobre estas tecnologías que se utilizan alrededor del mundo y conocer además a las organizaciones que las desarrollan, transfieren o venden.

Potabilización

La potabilización es el proceso al que se somete el agua para hacer que su calidad sea apta para el consumo humano. Puede llevarse a cabo a través de distintas técnicas que, de acuerdo con las circunstancias y el medio del cual se obtenga, tienen ventajas y desventajas.

Una vez que el agua es sometida a esta práctica, es posible de ser consumida si reúne condiciones de pureza que la lleven a ser incolora, insípida e inodora.

Etapas del Proceso de Potabilización

Captación

La primera fase del proceso de potabilización consiste en obtener el agua. El sistema de captación utilizado para aguas subterráneas, es el bombeo, mientras que para las aguas superficiales, se realiza por medio de tomas de agua que se hacen en los ríos, embalses, mar o diques.

El agua proveniente de ríos está expuesta a la incorporación de materiales y microorganismos requiriendo un proceso más complejo para su tratamiento. La turbiedad, el contenido mineral y el grado de contaminación varían según la época del año (en verano el agua de nuestros ríos es más turbia que en invierno).

La captación de aguas subterráneas se efectúa por medio de pozos de bombeo ó perforaciones.

Conducción

Desde la toma de agua del río hasta los presedimentadores, el agua se conduce por medio de acueductos cerrados de tuberías o abiertos y canales.

Esta etapa se realiza en piletas preparadas para retener los sólidos sedimentables (arenas), los sólidos pesados caen al fondo. En su interior las piletas pueden contener placas o seditubos para tener un mayor contacto con estas partículas. El agua pasa a otra etapa por desborde.

Agregado de productos químicos

El agregado de productos químicos (coagulantes) se realiza para la desestabilización del coloide o turbiedad del agua.

Floculación

En los floculadores, que pueden ser mecánicos o hidráulicos, se producen la mezcla entre el producto químico y el coloide que produce la turbiedad, formando los flóculos.

Los floculadores mecánicos son paletas de grandes dimensiones, y velocidad de mezcla baja. Son hidráulicos con canales en forma de serpentina en la cual se reduce la velocidad de ingreso del agua produciendo la mezcla.

Sedimentación

La sedimentación se realiza en decantadores o piletas de capacidad variable, según la Planta Potabilizadora. En ellos se produce la decantación del floc, que precipitan al fondo del decantador formando barros. Normalmente la retención de velocidad del agua que se produce en esta zona es de 40 minutos a una hora.

Los decantadores o sedimentadores es su tramo final poseen vertederos en los cuales se capta la capa superior del agua – que contiene menor turbiedad – por medio de estos vertederos el agua pasa a la zona de filtración.

Filtración

Un filtro está compuesto por un manto sostén: piedras, granza y arena. La filtración se realiza ingresando el agua sedimentada o decantada por encima del filtro. Por gravedad el agua pasa a través de la arena la cual retiene las impurezas o turbiedad residual que queda en la etapa de decantación.

Los filtros rápidos tienen una carrera u horas de trabajo de aproximadamente 30 horas.Una vez que el filtro colmató su capacidad de limpieza, se lava ingresando agua limpia desde la parte inferior del filtro hacia arriba, esto hace que la suciedad retenida en la arena, se despegue de la misma.

Desinfección

Una vez que el agua fue filtrada, pasa a la reserva, allí se desinfecta según distintos métodos. El más usado es el agregado de cloro líquido. El cloro tiene la característica química de ser un oxidante, lo cual hace que se libere oxígeno matando los agentes patógenos, por lo general bacterias anaeróbicas.

Otros desinfectantes utilizados son: hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio (pastillas), ozono, luz ultravioleta, etc.

Durante todo el proceso de potabilización se realizan controles analíticos de calidad.

 

Desalinización

Para satisfacer las crecientes demandas de agua dulce, especialmente en las áreas desérticas y semidesérticas, se han llevado a cabo numerosas investigaciones centradas en conseguir métodos eficaces para eliminar la sal del agua del mar y de las aguas salobres. Como resultado, se han desarrollado varios procesos para producir agua dulce a bajo costo.

Tres de estos procesos, caracterizados por incluir la evaporación seguida de la condensación del vapor resultante, son los siguientes: evaporación de múltiple efecto, destilación por compresión de vapor y evaporación súbita. Este último es el más utilizado; consiste en calentar el agua del mar e introducirla por medio de una bomba en tanques de baja presión, donde el agua se evapora bruscamente; al condensarse el vapor se obtiene agua pura.

La congelación es un método alternativo. Tiene como base los diferentes puntos de congelación del agua dulce y el agua salada. Los cristales de hielo se separan del agua salobre, se lavan para extraerles la sal y se derriten, convirtiéndolos así en agua dulce.

Otro proceso, la ósmosis inversa, consiste en el empleo de presión para hacer pasar el agua dulce a través de una fina membrana que impide el paso de minerales. La ósmosis inversa sigue desarrollándose de forma intensiva.

También existe la electrodiálisis, que se utiliza para desalinizar aguas salobres: cuando la sal se disuelve en agua, se separa en iones positivos y negativos, que son extraídos pasando una corriente eléctrica a través de membranas aniónicas y catiónicas.

Un problema importante en los proyectos de desalinización es el costo de producir agua dulce. Ante esto, la mayoría de los expertos confía en obtener mejoras sustanciales para purificar agua ligeramente salobre, es decir, aquélla que contiene entre 1000 y 4,500 partes de minerales por millón, en comparación a las 35,000 partes por millón del agua del mar.

Puesto que el agua resulta potable si contiene menos de 500 partes de sal por millón, desalinizar el agua salobre es comparativamente más barato que desalinizar el agua del mar.

 

Tratamiento de aguas

El tratamiento de aguas se lleva a cabo mediante operaciones ya sea físicas, químicas, o biológicas. El objetivo de este proceso es eliminar los contaminantes de origen natural, industrial, doméstico, entre otros que están presentes en el agua.

Las aguas tratadas pueden ser utilizadas de distintas maneras, por lo que el proceso de tratamiento que se les da está relacionado con el uso que éstas tendrán. Es por eso que existen tratamientos de potabilización, cuyo destino es el consumo humano, y de depuración de aguas residuales, que servirán para uso de riego, agricultura, industria, entre otros. Es importante tomar en cuenta también el tipo de contaminación que contiene un agua residual, para así, tomar una decisión acerca del tratamiento más conveniente para ésta.

La secuencia del tratamiento se clasifica en; pretratamiento, tratamiento primario, secundario, y terciario.

Pretratamiento

En el pretratamiento se llevan a cabo operaciones físicas y mecánicas, con el objetivo de separar de las aguas residuales la mayor cantidad de materias que podrían causar problemas en los tratamientos que se desarrollan posteriormente. Este tipo de materias pueden incluir grasas, aceites, ramas, basura, entre otros.

Tratamiento primario

El tratamiento primario es de carácter físico-químico, con éste se busca reducirla materia suspendida, ya sea por medio de precipitación, sedimentación, o algunos tipos de oxidación química. Éste tiene altos costos, por lo que no se utiliza en todos los procesos.

Los procesos que se llevan a cabo en esta etapa son:
* Remoción de sólidos o cribado
* Remoción de arena
* Investigación y maceración
* Sedimentación

Tratamiento secundario

Posteriormente, el tratamiento secundario se emplea para eliminar cualquier contaminación orgánica disuelta, por lo que la manera más eficiente de llevarlo a cabo es por medio de procesos biológicos. Éste proceso se puede llevar a cabo, mediante distintos sistemas, de manera aerobia o anaerobia.

Tratamiento terciario

Finalmente, se encuentra el tratamiento terciario, que combina procesos de caracter físico-químico y biológico, mejorando así el producto final. Éste puede lograr que el agua tratada pueda ser apta para el abastecimiento agrícola, industrial o potable.

Este tratamiento puede llevarse a cabo mediante procesos no mecanizados en humedales o sistemas lagunares o bien mediante procesos mecanizados lodos activados, humedales, filtros percoladores o biodiscos.

 

Captación

A lo largo de distintas épocas, se han desarrollado métodos para captar el agua de lluvia. Aunque este método se había dejado de practicar en las últimas décadas, hoy en día se está reconsiderando tomando en cuenta que la población futura será mayor al agua disponible. Este método se utiliza sobre todo en zonas rurales, donde dicho recurso no se encuentra al alcance de todos. Este método es una alternativa para ahorrar y a su vez aumentar las reservas de agua.

La calidad del agua de lluvia dependerá del lugar, los contaminantes del aire y las superficies por las que escurre. Es por eso que se debe llevar a cabo un proceso de tratamiento y se debe almacenar de manera adecuada. Esta agua se puede utilizar para diversas actividades; tales como, agricultura, industria, o residencial. Sin embargo, si se quiere utilizar para consumo humano, deberá pasar por distintos procesos para que ésta sea potable.
En muchos lugares del mundo, este método se ha considerado como una solución para los problemas que se presentan hoy en día en las grandes ciudades, debido al enorme crecimiento de su población. Sin embargo, los cambios climáticos se han convertido en un factor importante, ya que la predicción de lluvias es cada vez menos certera.

Métodos de captación

Los métodos de captación y aprovechamiento de agua son aquellos que servirán para aumentar la disponibilidad de agua para cualquier uso que se le quiera dar. Dichos métodos se pueden agrupar de la siguiente manera:

Microcaptación:

Este método es utilizado principalmente en la agricultura. El objetivo es captar el agua que escurre dentro del mismo terreno de cultivo, ésta se infiltrará y así será aprovechada por los cultivos. Para que el escurrimiento de agua sea el más óptimo, se requiere un terreno con una pendiente suficiente, una superficie lisa y poco permeable que no contenga vegetación. De esta manera, el agua escurrirá superficialmente hasta llegar al área donde se requiera utilizar. Esta área debe contener surcos o camellones para que el agua sea captada.

Macrocaptación:

Este método es utilizado también en la agricultura. Sin embargo, se utiliza para lograr volúmenes más grandes de captación. Aunque es muy parecido al método anterior, las técnicas son un poco más complejas. La escorrentía superficial se llevará a cabo en áreas más grandes, éstas pueden estar contiguas al cultivo o no. El área para generar el escurrimiento puede tener las mismas características, sin embargo, la ausencia de vegetación no es requisito. El área donde se acumulará el agua debe estar bien contenida, por lo que se requieren muros de contención o canales bien establecidos. Esta agua es útil también para abastecer estructuras de almacenamiento. Este método se utiliza principalmente en regiones semiárida o áridas.

Derivación de manantiales y cursos de agua mediante bocatomas:

Aunque no es un método de captación de agua de lluvia, este método servirá para contrarrestar el déficit hídrico de algunas zonas. Además, se puede utilizar tanto para riego, como para uso doméstico.

Cosecha de agua de techos de vivienda y otras estructuras impermeables:

Este método es de los más comunes. Consiste en captar el agua de lluvia que escurre sobre superficies impermeables, ya sea techos, patios, superficies rocosas, estructuras de concreto o mampostería, entre otras. Para conducir el agua es necesario hacer una canaleta, puede ser de PVC, lámina o cualquier material similar. El almacenamiento del agua se llevará a cabo en tanques, ya sea de concreto o plástico, dichos tanques pueden ser colocados sobre el suelo o en una excavación. El principal uso de este método es doméstico.

Captación de agua atmosférica:

Este método puede ser utilizado cuando las condiciones de clima y orografía se prestan para tal. En esta técnica, la humedad se aprovecha cuando se encuentra cerca de la superficie en forma de niebla.

Beneficios de la captación

 

Riego

Tipos de riego por gravedad

Riego por Inundación o Sumersión

Es un sistema de irrigación que consiste en inundar el terreno con una capa de agua. Es el más tradicional y fue el usual hasta finales del Siglo XIX en que se inventó el riego localizado. Su tendencia actual es a ser sustituido por otras técnicas ya que su mayor inconveniente es el despilfarro de agua que lleva consigo, Es muy significativo el dato de que las perdidas de agua originadas sólo por evaporación, en largos recorridos y a cielo abierto, se estiman en aproximadamente un 25%., sin contar las filtraciones incontroladas, roturas de conductos etc.
En este sistema el agua procede del centro de acopio que se puede denominar embalse, pantano o simplemente centro de almacenamiento. De ese sitio discurre a través de grandes canales hasta llegar a los centros de distribución que van a repartir por acequias medianas y pequeñas con el fin de poder alcanzar la parcela que sea el objeto del riego. En ese lugar, el agua va a llegar por gravedad y va a inundar la zona de plantación. De esa forma, la cantidad de líquido que tendrán las plantas será exorbitante.

Ventajas
Fácil de establecer y poco costoso cuando se saben aprovechar las circunstancias naturales, favorables de su plantación.

Desventajas
Utiliza muchísima agua
Pierde mucha agua por evaporación

Riego rodado

Este sistema es uno de los más tradicionales y antiguos de la historia de la jardinería y cultivo. Se caracterizó por ser el más popular y utilizado hasta los finales del siglo XIX, cuando fue que se inventó el riego localizado.
Para poder utilizar este riego se necesita de mucho gasto económico, ya que la cantidad y el derroche de agua que se utiliza es mucho. En el riego rodado, el agua que se utiliza para el cultivo, se encuentra depositada en un embalse, o de un pantano, o de cualquier lugar donde esta se pueda encontrar.

Ventajas
Se logra regar toda la zona de cultivo.
Muy sencillo.

Desventajas
Es muy difícil lograr que el agua se distribuya de manera homogénea en el área de cultivo
Baja eficiencia en el uso del agua.
Grandes pérdidas por evaporación.

Tipos de riego presurizado

Para tener un sistema de riego presurizado es necesario considerar las siguientes etapas:
Captación del agua; a través de un pozo o una toma desde un río, lago o embalse.

Estructura para el almacenamiento del agua; puede ser una forma de almacenamiento subterráneo, en un lago natural o artificial o bien en un depósito construido expresamente para tal fin.

Instalación para puesta en presión del sistema; por gravedad, cuando los campos regados estén en una cota inferior a la captación, por ejemplo para el riego de campos situados aguas abajo de una presa, o bien por bombeo cuando se trata de utilizar agua de pozo, o para regar terrenos que se encuentran a una cota superior a la del embalse de regulación.

Tuberías principales y secundarias fijas; la aplicación final puede ser por aspersión, microaspersión, goteo o subterráneo.

Riego por aspersión

Un sistema de riego por aspersión aplica el agua en forma de lluvia a las parcelas, el cual consiste en una red de tuberías con aspersores acoplados con ellos, arreglados de tal manera, que puedan distribuir uniformemente el agua en toda el área a regar, el objetivo de este sistema es que se filtre el agua en el mismo punto que cae y así obtener mayores eficiencias de aplicación del agua. Es un sistema de riego que se adapta a cultivos como nogales, alfalfa y en general a cultivos de cobertura total.

Ventajas
El agua es bien distribuida.
De fácil planeación.

Desventajas
Puede ser muy costoso, en caso de que se tengan que instalar sistemas de recolección.
Puede perderse agua por evaporación.

Riego por nebulización

Este sistema consiste en expulsar el agua en forma de neblina, a través de emisores colocados en la parte superior de tu cultivos, el cual además de suministrar agua o fertilizante, contribuye en cierta forma a disminuir temperatura y elevar el nivel de humedad relativa en el interior del invernadero. Los nebulizadores producen niebla fina, el agua a presión sale por un orificio de pequeño diámetro, de forma que el chorro producido se estrella contra una pared cóncava que lo despide y distribuye en forma nebulizada. Estos sistemas suelen trabajar con presiones relativamente elevadas, en torno a 2-4 bares.

Ventajas
Riego uniforme.
El tamaño de la gota no llega a compactar el sustrato.

Desventajas
Altos costos de operación y manutención.

Riego por microaspersión

Los Microaspersores están diseñados para suministrar el riego mediante gotas muy finas. Poseen un deflector giratorio, denominado rotor o bailarina, que ayuda a ofrecer un mayor diámetro de cobertura, una menor tasa de precipitación que los difusores, un mayor tamaño de gota, y una mejor distribución del agua (sobre todo en uniformidad de distribución). Por cada tipo de microaspersor existen varios tipos de rotores (bailarinas). La diferencia principal con la nebulización es que la microaspersión proyecta en agua en forma de chorros diminutos a la planta, en lugar de suministrarla en forma nebulizada, y a su vez disponen de elementos giratorios que distribuyen el agua en la superficie.

Ventajas
Gran diámetro de cobertura.
Mayor tamaño de gota.
Buena distribución de agua.
Optimiza el uso del agua e incrementa la productividad de la parcela.

Desventajas
Si está mal planeado y la localización de los aspersores es inadecuada, genera un gran desperdicio de agua.

Riego por goteo

Método de riego donde el agua es aplicada en forma de gota a través de unos emisores, llamados comúnmente como goteros. El riego por goteo suministra agua a intervalos frecuentes en cantidades pequeñas dando humedad a la raíz de cada planta por medio de delgados tubos de plástico.

Ventajas
Ahorro de agua
Riego especialmente dirigido.
Optimiza el uso del agua e incrementa la productividad de la parcela.

Desventajas
Debe de ser instalado con precisión.
Necesita contar con un sistema para presurizar el agua
Altos costos de instalación

Riego subterráneo

Se realiza a través de una tubería perforada que se entierra a una profundidad entre 5 y 50 cm. dependiendo del tipo de plantación y si el suelo es demasiado arenoso y arcilloso. El riego subterráneo es apto para todo tipo de cultivos, tiene numerosas ventajas como un mejor aprovechamiento del agua y mayor duración de las tuberías. Con este sistema las superficies se mantienen secas, lo cual supone una reducción en la incidencia de malas hierbas, y como se decía, se pierde menos agua porque no hay evaporación. Además, se pueden usar aguas residuales, siempre y cuando estén purificadas y sin olores desagradables que lleguen a molestar. No es recomendable instalar este tipo de sistema en sitios en los que hay calizas, por que las sales tienden a tapar las perforaciones por donde sale el agua.

Ventajas
Mejor aprovechamiento del agua
Mayor duración de tuberías
Alta productividad en los cultivos

Desventajas
Acumulación de raíces en tuberías.
Se tapan perforaciones por donde sale el agua.
Altos costos de instalación.
Mantenimiento constante.

Riego por subirrigación

En los últimos años, el manejo y utilización del agua en la industria del cultivo de plantas ornamentales está sufriendo importantes cambios. Las presiones gubernamentales y medioambientales, nacidas especialmente en el norte de Europa, han dado lugar a la creación de regulaciones y exigencias ante las instalaciones.

Para finales de siglo, gobiernos de países como Holanda y Alemania exigen a los cultivadores sistemas de CULTIVO CERRADO en los cuales no se liberen al ambiente las aguas de drenaje a ningún tipo de producto químico. Los sistemas de subirrigación y posterior, recirculación (riegos por inundación, riegos laminares, etc.) son unas de las propuestas que más se ajustan a estos cambios.

Utilizando estos sistemas, la sanidad del cultivo debe tener una importancia relevante. En soluciones nutritivas recirculadas, hongos y enfermedades pueden ser fácilmente diseminadas y transportadas a través del cultivo. El sistema radicular de una planta puede estar dañado o predispuesto para ser infectado por un hongo patógeno.

Ventajas
Buena eficiencia en el aprovechamiento del agua
No libera al ambiente las aguas de drenaje
Alta productividad en los cultivos

Desventajas
Susceptible al ataque de hongos y enfermedades.
Altos costos de instalación y operación.
Requiere mantenimiento constante.

Riego en jardines

Existen básicamente dos. El más utilizado, lamentablemente, es el riego con manguera; el otro es el sistema de riego tecnificado por aspersión. También existe el riego por goteo y la microaspersión, pero se orientan más a los árboles y arbustos localizados.

Es el sistema mas rudimentario, pero a su vez es al mas usado en los hogares. E implica sostener la manguera durante varios minutos, y ademas, se genera un gasto innecesario y descontrolado de agua.
La principal diferencia tiene que ver con la eficiencia en el uso del agua. El riego por manguera solo aprovecha el 40% de cada litro de agua que se utiliza, el resto se pierde. El sistema por aspersión, en cambio, aprovecha el 85% de cada litro.

Ventajas
Atención directa a cada planta.

Desventajas
Gastos excesivos de agua

Te puede interesar: ¿Qué es el agua?