PROBLEMÁTICA SOCIAL Y AMBIENTAL DE LAS FUENTES DE AGUA POTABLE PARA GUAYMAS Y EMPALME, SON., Y COSTOS DE TRATAMIENTO

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1 PROBLEMÁTICA SOCIAL Y AMBIENTAL DE LAS FUENTES DE AGUA POTABLE PARA GUAYMAS Y EMPALME, SON., Y COSTOS DE TRATAMIENTO Antonio RAMÍREZ, Carolina SANTACRUZ, Sofía GARRIDO, Manuel FUENTES, César CALDERÓN, Leticia MONTELLANO. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac 8532, Edif. 9. Col. Progreso, Jiutepec, Morelos. C.P tramirez@tlaloc.imta.mx Palabras clave: caracterización, potabilización, tratabilidad, abastecimiento, desalación. RESUMEN La problemática que presentan las fuentes actuales de abastecimiento de agua para Guaymas y Empalme, Son., se relacionan con el estrés hídrico en la zona, con este trabajo, se buscó determinar la mejor alternativa en el suministro de agua. Se llevó a cabo la caracterización de la calidad del agua del sistema de abastecimiento, se realizó un balance de cationes y aniones y se determinó el tipo de acuífero en dos regiones diferentes, Se llevaron a cabo pruebas de tratabilidad para la remoción de manganeso. Se plantearon los escenarios de acuerdo con la disponibilidad de fuentes y con gastos de diseño de plantas de tratamiento requeridas. Se hizo un dimensionamiento preliminar de los tratamientos y se procedió a evaluar el costo de las alternativas. Se corroboró la presencia de manganeso (1.2 mg/l) en los pozos del acuífero aluvial del río Yaqui; turbiedad (8.5 UNT, color (74 U.Pt/Co), olor y manganeso (0.4) en el Canal Bajo de la presa Álvaro Obregón; plomo (0.033 mg/l) y cromo (0.06 mg/l) en el agua de mar. Se determinaron los parámetros de diseño en campo y se obtuvieron remociones mayores al 95% de manganeso. Se incorporaron dimensionamientos preliminares de plantas para remoción de manganeso, convencionales y para desalación. Se calcularon costos de inversión, construcción, operación y mantenimiento y unitarios (desde 0.65 hasta 8.51$/m 3 ). Se descartó la posibilidad de extraer agua del Canal Principal Bajo. Se recomienda independizar el sistema del acueducto Yaqui Guaymas. Se recomienda ampliamente la desalación de agua de mar como fuente alternativa. Se requiere establecer un programa integral de reducción de pérdidas. INTRODUCCIÓN La problemática que presentan las fuentes actuales de abastecimiento de agua para uso y consumo humano de las ciudades de Guaymas y Empalme, Son., se relacionan con el estrés hídrico que genera la escasez del recurso en la zona; periodo de sequías de más de 7 años; bajo porcentaje de almacenamiento en presas (16%); sobreexplotación de acuíferos e intrusión salina; muerte de álamos y vegetación freatófita; grietas en terrenos de cultivo; fuentes de abastecimiento distantes; presencia de manganeso en el acuífero aluvial del río Yaqui; conexiones 1

2 clandestinas en el acueducto Yaqui Guaymas; altos porcentajes de pérdidas; problemas sociales generados por comunidades Yaquis; tarifas bajas. Por lo cual se estableció como objetivo de este trabajo el determinar la mejor alternativa en el suministro de agua para uso y consumo humano para las ciudades de Guaymas y Empalme, Son., considerando tres fuentes de abastecimiento, una de ellas la desalación de agua de mar. Las alternativas son: 1) conservar la fuente actual (pozos de las captaciones Boca Abierta y Valle del Yaqui) sometidas a un tratamiento, 2) utilizar agua del río Yaqui, captada en la presa Álvaro Obregón y conducida por el Canal Principal Bajo y su tratamiento mediante el proceso de potabilización correspondiente; y 3) desalar agua salobre o de mar, para su uso doméstico. METODOLOGÍA El trabajo inició con la búsqueda de información relacionada con el proyecto, de las fuentes de abastecimiento tanto en cantidad como en calidad, de los tratamientos planteados, de costos, normas de calidad del agua, entre otras. Se caracterizaron las fuentes de abastecimiento actuales, con análisis de campo para todos los pozos que conforman las baterías de Boca Abierta y Río Yaqui, análisis de laboratorio de algunos de ellos para complementar la información que se recabó en el organismo operador, se tomaron muestras puntuales de las fuentes alternativas del Canal Principal Bajo y del agua salobre y de mar. Se analizó el agua que actualmente se suministra a la población de Guaymas Empalme, en el tanque de rebombeo C 1. Se realizó un balance de cationes aniones y se identificó el tipo de acuífero que se tiene en cada batería de pozos. Se hizo un análisis comparativo con la NOM 127-SSA , para identificar parámetros fuera de norma. Se llevaron a cabo pruebas de tratabilidad in situ, con el fin de comprobar que el proceso de tratamiento para remoción de manganeso puede llevarse a cabo en el acueducto Yaqui Guaymas. Para ello, se transportó una planta potabilizadora móvil de un litro por segundo, equipada con las operaciones unitarias necesarias para simular el proceso de tratamiento. Con los resultados de las pruebas, se obtuvieron los parámetros de diseño y operación del proceso, para que posteriormente se pudiera desarrollar el proyecto funcional para este tipo de tratamiento. Con la información proporcionada, recabada y generada, se plantearon algunos escenarios relacionados con las fuentes de abastecimiento propuestas, con los gastos de diseño seleccionados y con la combinación de soluciones. Estos escenarios servirán de base en la toma de decisiones para seleccionar el número y tipo de tratamientos, así como los caudales suministrados por cada fuente de abastecimiento. 2

3 Una vez definidos los escenarios, con los caudales suministrados por las diversas fuentes de abastecimiento, se hizo un dimensionamiento preliminar de las diferentes opciones de tratamiento del agua de acuerdo a su origen. Se seleccionaron las operaciones unitarias requeridas para la remoción de manganeso, para una clarificación convencional y para desalación de agua salobre y/o de mar. Este dimensionamiento sirvió para determinar el costo de las diferentes opciones de tratamiento que se seleccionaron. Se llevó a cabo un análisis comparativo de las diferentes opciones de tratamiento, sus ventajas y desventajas desde el punto de vista técnico, se calcularon los costos de inversión, operación y mantenimiento para cada opción de tratamiento propuesta con ayuda de paquetes de cómputo especializados. Con este análisis se proporcionó una herramienta para la toma de decisiones en cuanto a las fuentes seleccionadas y el tratamiento requerido. Con la información obtenida y generada en el proyecto, se definieron las operaciones unitarias y los parámetros de diseño para la planta para remoción de manganeso, se desarrolló el proyecto funcional y se proporcionaron las recomendaciones de funcionamiento y operación del sistema. Este proyecto conceptual será la base para el desarrollo del proyecto ejecutivo que se concursará bajo la modalidad que se decida. Se planteó el sistema de desalación, de acuerdo con el gasto seleccionado en la fase previa de escenarios, se prevé la necesidad de pretratamiento, las unidades de desalación y las unidades adicionales al proyecto. Este planteamiento será la base de elaboración de los términos de referencia para este sistema. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Mediante visitas de campo, se observaron graves problemas sociales y ambientales alrededor del sistema de abastecimiento, principalmente en el acueducto Yaqui Guaymas, estos fueron: Intrusión salina y escasez de fuentes de abastecimiento Bajos niveles de la presa Álvaro Obregón Abatimiento del nivel freático en el valle aluvial del río Yaqui, muerte de álamos y aparición de grietas en terrenos de cultivo (Fig. 1 y 2) Tomas clandestinas en el acueducto Yaqui Guaymas (Fig. 3) Pérdidas de agua en el acueducto y en el sistema de distribución de la ciudad de Guaymas. Fig. 1 Muerte de álamos 3

4 En cuanto a la calidad del agua de las fuentes de abastecimiento actuales y potenciales, se realizó un muestreo y análisis comparativo con la modificación a la NOM-127SSA , para conocer los parámetros fuera de norma y proponer los tratamientos requeridos para su potabilización. Los resultados de estos muestreos para los pozos del Valle del Yaqui, se resumen en la siguiente tabla (Tabla 1). Tabla 1. Calidad del agua de los pozos del Valle del Yaqui y su mezcla. Parámetro NOM-127- SSA PVY1 PVY2 PVY3 PVY6 PVY7 PVY8 PVY10 VYM1 VYM2 Alcalinidad 206.8* 190.6* 190.6* * 256.6* 242.9* 244* ph Turbiedad (UTN) Color (UPtCo) Conductividad (µs/cm) SDT Temperatura (ºC) Dureza total Silice Fluoruros Cloruros Sulfatos Nitratos Fosfatos Manganeso Hierro Arsénico Aluminio Nitrógeno amoniacal CO 2-38 Arena (observación) - Ausencia Ausencia Ausencia Ausencia Ausencia Ausencia Ausencia Ausencia Ausencia Salinidad Carbonatos - N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Bicarbonatos Hidroxilos - N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Materia orgánica (%) - N.C. N.C. N.C. N.C. N.C. N.C. N.C. Metales: Arsenico Cadmio < < < < < < < Cobre 2 < 0.05 < < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Cromo 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Mercurio < < < < < < < Plomo 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 Zinc 5 < 0.10 < 0.10 < 0.10 < 0.10 < 0.10 < 0.10 < 0.10 Aluminio < 0.01 < < 0.01 Bario Calcio Hierro Potasio Magnesio Manganeso Sodio Niquel - < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 < 0.05 Nota: Las concentraciones se expresan en mg/l, excepto cuando se indique otra unidad. *Calculado como la suma de carbonatos, bicarbonatos e hidroxilos. N.D. No Detectado N.C. No Cuantificable. 4

5 Fig. 2 Aparición de grietas Fig. 3 Tomas clandestina Los resultados del muestreo indican que hay una buena calidad del agua, excepto por los valores por arriba del límite máximo permisible de 0.15 mg/l para el manganeso en los pozos del valle aluvial del río Yaqui (Fig. 4) y parte del acueducto Yaqui-Guaymas, además de niveles superiores a la norma de turbiedad y color (característica de un agua superficial) que se presentan en el Canal Bajo de la presa Álvaro Obregón, y en el pozo No.2 de Boca Abierta. También se observaron concentraciones de 0.3 y 0.4 mg/l de manganeso en el canal. En el agua de mar se encontraron valores superiores de plomo y cromo. Pozos del Valle del Yaqui Mn (mg/l) PVY1 PVY2 PVY3 PVY5 PVY6 PVY7 PVY8 PVY10 VYM1 VYM2 Manganeso en campo NOM-127-SSA mg/l Manganeso en laboratorio Fig. 4 Comportamiento del manganeso en los pozos del valle del río Yaqui. Para realizar las pruebas de tratabilidad en campo, se utilizó una planta potabilizadora móvil (Fig. 5) con capacidad de hasta un litro por segundo; consta de un tubo floculador, un sedimentador y un filtro o dos filtros según se requiera. Asimismo cuenta con bombas para dosificar reactivos líquidos y para alimentar el agua cruda. El agua conducida por el acueducto Yaqui-Guaymas puede ser tratada mediante el proceso de remoción de manganeso con base en zeolita natural tipo Clinoptilolita, proceso que fue aplicado en las pruebas de tratabilidad con tasas de filtración entre y m 3 /m 2.h y con eficiencias de remoción mayores al 95% (Fig. 6). Asimismo, se determinó que el cloro residual a la salida del filtro, para la operación del sistema, estará entre 0.5 y 2.0 mg/l y el retrolavado se regirá por tiempo, recomendándose de 10 a 15 minutos. 5

6 % Remoción Fig.5 Planta móvil t, días Mn Total con cloro Mn Total con cloro Mn Disuelto Fig. 6 Remoción de Mn. Considerando las cuatro fuentes de abastecimiento propuestas incluyendo su potabilización, para abastecer de agua para uso y consumo humano a la ciudades de Guaymas y Empalme, a) agua del acuífero del valle aluvial del río Yaqui (fuente actual); b) agua del acuífero de la zona de Boca Abierta (fuente actual); c) agua proveniente de la presa Álvaro Obregón, tomada del Canal Principal Bajo; y d) desalación de agua salobre o de mar, se consideran las condiciones de cada fuente, los diferentes factores y actores involucrados en la toma de decisiones, como son principalmente, la disponibilidad del agua, la demanda, la obtención de concesiones para su extracción, la calidad de la misma, los gastos recomendados para el tratamiento, el impacto ambiental de las extracciones, el impacto social de las decisiones, entre otros. Para ello se hizo un análisis de la situación de cada fuente de abastecimiento y su posibilidad de explotación y se establecieron siete escenarios. Se presenta uno de ellos como ejemplo (Fig. 7). Con la caracterización de las fuentes y los gastos propuestos de las plantas potabilizadoras que en su conjunto proporcionaran la cantidad de agua requerida en el sistema de abastecimiento, se procedió al dimensionamiento preliminar de tres tipos de potabilización: Remoción de manganeso (200, 400 y 600 lps), clarificación convencional (400 y 800 lps) y desalación de agua salobre y de mar (200, 400 y 800 lps). Se aplicaron paquetes de cómputo (Capdet Works e Hydronautics Membrane Solutions Design) para el costeo de los tratamientos (figuras 8, 9 10 y tablas 2, 3, 4, 5 y 6). 6

7 VALLE DEL RÍO YAQUI PRESA ALVARO OBREGÓN NORTE EMPALME CAPTACION BOCA ABIERTA 60 l/s l/s CAPTACION RIO YAQUI TANQUE ESTACION CORRAL PLANTA REMOCIÓN Mn 200 L/S 5 CANAL BAJO $25,100,000 $0.99/m 3 REBOMBEO SAN JOSE REBOMBEO BATUECAS C-1 PB-2 PB-1 CD. OBREGON GUAYMAS MAR DESALADORA 400 L/S $510,600,000 $7.70/m 3 COSTO TOTAL $535,700,000 $3.85/m 3 Fig. 7 Análisis de costos, escenario No. 4. Abastecimiento de agua para las ciudades de Guaymas y Empalme, Sonora. 7

8 Influente Cloración Filtración Bombeo Agua de retrolavado Sedimentador Bombeo Filtro prensa Tabla 2. Costos para plantas de remoción de manganeso Planta remoción Mn Valor actual Acarreo y disposición de lodos Fig. 8 Tren de tratamiento para remoción de manganeso Operación (/año) Mantenimiento (/año) Material (/año) Químicos (/año) Energía (/año) Amortización (/año) 200 l/s $38,900,000 $724,000 $57,600 $333,000 $26,100 $3,049,840 $1,809, l/s $49,600,000 $824,000 $68,300 $397,000 $52,200 $5,301,360 $2,254, l/s $64,700,000 $903,000 $81,700 $506,000 $78,400 $6,922,160 $3,224,000 Tabla 3. Costo unitario para diferentes tamaños de planta de remoción de manganeso Planta remoción de Manganeso Gasto (m 3 /año) Costos anuales operativos y amortización ($/año) Costo por metro cúbico ($/m 3 ) 200 l/s 6,307,200 6,256, l/s 12,614,400 9,358, l/s 18,921,600 12,346, Tabla 4. Costo de plantas potabilizadoras convencionales Convencio- Operación Mantenimiento Material Químicos Energía Amortización Valor actual nal (/año) (/año) (/año) (/año) (/año) (/año) 400 l/s $77,500,000 $769,000 $146,000 $464,000 $2,540,000 $9,980,080 $3,020, l/s $137,000,000 $996,000 $208,000 $738,000 $5,080,000 $17,047,280 $5,630,000 Tabla 5. Costo unitario para diferentes plantas potabilizadoras convencionales Planta convencional Gasto (m 3 /año) Costos anuales operativos y amortización ($/año) Costo por metro cúbico ($/m 3 ) 400 l/s 12,614,400 8,089, l/s 25,228,800 14,562,

9 Influente Obra de toma Clarifloculador Filtración Cloración Bombeo acueducto Lechos de secado Acarreo y disposición de lodos Fig. 9 Tren de tratamiento planta clarificadora convencional Para desalación se optó por plantas de ósmosis inversa por su aplicación a gran escala y menor costo respecto a otros sistemas. Fig. 10 Esquema de Planta desaladora de ósmosis inversa de dos pasos Tabla 6. Costos de inversión y unitarios para diferentes plantas desaladoras Gasto Fuente Costo inversión Costo/m l/s Agua salobre 128,800, Agua de mar 328,785, l/s Agua salobre 198,950, Agua de mar 510,600, l/s Agua salobre 341,780, Agua de mar 858,486,

10 CONCLUSIONES Se recomienda que se apliquen los procesos de potabilización de acuerdo con las fuentes seleccionadas, plantas para remoción de manganeso y desalación, además de mezclar el agua potabilizada con el resto de las fuentes. Separar o independizar el acueducto Yaqui Guaymas. El acuífero aluvial del río Yaqui es pequeño(296 MM3) y es alimentado principalmente por el Canal Principal Bajo (80%), se tiene una disminución promedio en su nivel de 0.56 m. por año con ello se estima que se agotará a mediano plazo. Se recomienda reducir las extracciones, de tal forma que se revierta el daño ecológico del impacto ambiental a la región, donde se han encontrado casi todos los álamos secos y formación de grietas en terrenos de cultivo, así como menor disponibilidad de agua para los habitantes del lugar. La situación actual de la administración del acueducto y de los problemas sociales de la toma y cierre de instalaciones, generados por la ubicación del sistema Yaqui Guaymas a 130 Km. de esta última, hacen sumamente difícil la transferencia de COAPAES Guaymas al Gobierno Municipal para convertirse en un Organismo Operador autónomo que sea sano en su administración. Se descarta la fuente de abastecimiento del Canal Principal Bajo. Los niveles de la presa Oviáchic o Álvaro Obregón han estado muy bajos (16% en octubre de 2004), por los años de sequía en la región, esta falta de agua en la presa, ha provocado la suspensión del suministro a los distritos de riego, eliminando un riego anual, esto trae como consecuencia la baja en la productividad agrícola de Valle del Yaqui, un descontento social y una baja en la economía de la región. El agua de la presa es fuente de abastecimiento de agua para uso y consumo humano de Cd. Obregón, la idea de tener menos agua disponible con la extracción de agua para Guaymas Empalme provoca un descontento en los pobladores de Cd. Obregón. Se requiere un tratamiento convencional para potabilizar el agua del Canal Principal Bajo, por los problemas de calidad de agua de esta fuente con presencia de turbiedad, color, olor, sabor, materia orgánica y bajo contenido de manganeso, además del costo de esta potabilizadora, mayor al costo de remoción de manganeso, la planta quedará muy lejana a Guaymas (130 Km., aprox.), con los mismos problemas descritos anteriormente, principalmente el riesgo de que las nuevas instalaciones sean tomadas y cerradas por la población Yaqui y las extracciones clandestinas continuarán. Se recomienda la desalación como fuente complementaria. Existe estrés hídrico y la escasez de fuentes de agua para uso y consumo humano en la región, existe baja disponibilidad de agua para uso y consumo humano cerca de las ciudades de Guaymas y Empalme. Se puede mezclar el agua desalada con agua de otras fuentes (Boca Abierta y Maytorena), lo que reducirá el costo unitario de la desalación de $7.70 a $3.85 / m 3 y el costo de inversión de 860 millones de pesos (para 800 l/s) a 510 millones de pesos (para 400 l/s). Es la única opción para independizar el abastecimiento de agua para uso y consumo humano de Guaymas Empalme de donde se importa el agua, en este caso del valle aluvial 10

11 del río Yaqui, con todos los problemas antes mencionados, principalmente el no pago del agua extraída por usuarios irregulares y la toma y cierre de instalaciones. Programa integral de recuperación de pérdidas. También se necesita implantar un programa integral de recuperación de pérdidas, para los sistemas de abastecimiento de Guaymas Empalme y disminuir gradualmente el porcentaje de pérdidas en los sistemas, se considera que se pueden recuperar 143 l/s o más en condiciones actuales. Se estima que el costo del programa es del orden de un millón de pesos y de los trabajos para recuperar agua de $25`000, o más, aplicados gradualmente en varios años. AGRADECIMIENTOS A la Comisión de Agua Potable y Alcantarillado del Estado de Sonora (COAPAES), Ingenieros José Sergio Pablos, Rodolfo Félix y Felipe Romero; a los Maestros del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Martha Avilés y Matías Chacón. REFERENCIAS Avilés F. Martha; Cortés M. Juana; Fuentes D. Manuel; González H. Arturo; Ramírez G. Antonio; Rivera H. Ma. de Lourdes; Saldoval Y. Luciano; Piña S. Martín; Garrido H. Sofía; Calderón M. César; Alcocer Y. Víctor. Curso Operaciones Unitarias en Plantas Potabilizadoras. IMTA, segunda edición Canales E. Armando y Figueroa M. Ricardo disponibilidad de agua subterránea del acuífero aluvial del río Yaqui, Sonora, México. Instituto Tecnológico de Sonora. Cd. Obregón, Sonora. Figueroa M. Ricardo Estudio de la disponibilidad de agua subterránea del acuífero aluvial del río Yaqui, en la zona de captación para el acueducto Yaqui- Guaymas, Son. Tesis de maestría. Instituto Tecnológico de Sonora. Cd. Obregón, Sonora. Ingenieros Civiles y Geólogos Asociados, S.A Estudio geohidrológico para el valle aluvial del río Yaqui, Son. Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos. Contrato No. CC D. NOM-127-SSA Agua para uso y consumo humano. Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. Qasim, S., Motley, M. y Zhu Guang Water Works engineering. Planning, design and operation. Prentice Hall PTR. Piña S. Martín Remoción de manganeso disuelto mediante zeolitas naturales recubiertas con óxidos de manganeso; caso de estudio. Tesis de maestría. Universidad Autónoma de México. Cuernavaca, Morelos. Piña S. Martín; Rivera H. María de Lourdes; Ramírez G. Antonio. Transferencia de tecnología para la remoción de hierro y manganeso a la Junta Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Culiacán, Sinaloa (JAPAC). Informe IMTA, Quiñonez P. Juan A Balance de agua subterránea en el valle aluvial del río Yaqui en el período Tesis de licenciatura. Instituto Tecnológico de Sonora. Cd. Obregón, Sonora. 11

12 Ramírez G. Antonio; Calderón M. César; Garrido H. Sofìa Elaboración de la ingeniería básica, consistente en pruebas de tratabilidad y diseño funcional, términos de referencia y asesoría para la ejecución del proyecto ejecutivo, de la planta potabilizadora para la remoción de hierro y manganeso del agua potable que se suministra a la ciudad de Mazatlán, procedente de las baterías de pozos ubicadas en San Francisquito y el Pozole. Informe IMTA. Rodríguez J.C., Watts C. y Castillo Gurrola J. Junio El uso y manejo del agua: el agua subterránea en Sonora. Sexto seminario: Acuíferos Costeros en Sonora. Poblado Morelos (La Atravesada), Sonora, México. 12