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Dirección de Recursos Naturales
DESARROLLO DE UN PROCESO DE DESALINIZACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS SALOBRES DEL VALLE DEL YAQUI, SONORA.
TESISPARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERA QUÍMICA
PRESENTA
MARÍA TRINIDAD GARCÍA CALLEJA
CD. OBREGÓN, SONORA DICIEMBRE DEL 2002.
A Dios y mis papás Enedina y Fernando.
RECONOCIMIENTOS
Se agradecen los apoyos del Sistema de Investigación del Mar de Cortés (SIMAC) en el
proyecto No. 990106511 titulado Caracterización geofísica y geoquímica del acuífero del
Valle del Yaqui, Sonora.
AGRADECIMIENTOS
Al Instituto Tecnológico de Sonora por la oportunidad otorgada para realizar los estudios
de licenciatura y permitir mi desarrollo personal.
A mi asesor, Dr. Rodrigo González Enríquez.
A mis maestros, M.I. Jorge Saldívar, M.C. Laura Gassós, M.C. María Guadalupe Aguilar,
M.I. Raúl Holguín, Ing. Edna Meza.
A mis padres y hermanos por todo su apoyo. A todos mis amigos
i
RESUMEN El agua como recurso y elemento de uso para la actividad humana presenta serios
problemas de contaminación y escasez en la mayoría de las regiones pobladas del mundo.
Frente a un incremento sostenido en el crecimiento demográfico y a los diversos fenómenos
de cambios climáticos hace necesario asegurar el abastecimiento de los alimentos y a la
estabilidad de su producción. Para ello es indispensable el disponer de una fuente
permanente de agua de buena calidad, principalmente para el abastecimiento humano, la
industria, servicios y, para regadío, de tal manera que este elemento no sea un factor
limitante para el desarrollo de las comunidades.
Según Custodio y Llamas (1983) la concentración del agua dulce es menor de 550 ppm de
STD, según CNA (2,000)el agua potable es menor a 1,000 ppm de STD, de 1,000 a 5,000
ppm de STD el agua es considerada salobre y de 5,000 en adelante es salina. Cuando se
habla de altos contenidos salinos, se hace referencia a concentraciones de
aproximadamente 35,000 ppm de STD, como es el caso del agua de los océanos.
Por este motivo se requiere separar las sales disueltas en el agua, con el objetivo de obtener
agua potable que cumpla con la normatividad para consumo humano a partir del agua
subterránea salobre.
En la actualidad uno de los métodos más difundidos para separar la sal del agua es el de
ósmosis inversa. Por lo que el objetivo del presente trabajo fue evaluar la remoción de
sales aplicando dicho proceso en aguas de un acuífero salino del Valle del Yaqui, con
propósitos de abastecimiento humano, para las poblaciones Primero de Mayo (Campo 77),
Cuahutemoc (Campo 5), Tobarito, Marte R. Gómez, y Paredón Colorado.
De acuerdo con los resultados obtenidos en el presente trabajo la remoción de los iones
Ca++, Mg++, Na+, K+, CO3=, HCO3-, SO4
= y Cl-; indican que el proceso por ósmosis inversa
remueve en un 97%. Por lo que se concluye que éste método es excelente en la remoción
de los iones antes mencionados y se recomienda la instalación de una planta de ósmosis
inversa en las poblaciones en donde no se cuenta con una planta potabilizadora. Además
de un previo estudio del agua antes de la instalación de dicho equipo.
ÍNDICE Página
Resumen ......................................................................................................................... i
Índice ............................................................................................................................... ii
Lista de Tablas ................................................................................................................ iv
Lista de Figuras ............................................................................................................... v
I. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................... 1
1.1 Identificación del Problema .................................................................................. 4
1.2 Justificación.......................................................................................................... 5
1.3 Objetivo ................................................................................................................ 6
1.4 Hipótesis .............................................................................................................. 6
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................... 7
2.1 El agua químicamente pura ................................................................................ 7
2.1.1 Propiedades físicas y químicas del agua .............................................. 7
2.1.2 El agua en el cuerpo ............................................................................. 9
2.2 Ciclo Hidrológico ................................................................................................. 10
2.3 Aguas subterráneas ............................................................................................ 13
2.3.1 Tipos de acuíferos................................................................................. 15
2.3.1.1 Acuífero no confinado o libre .................................................. 16
2.3.1.2 Acuífero confinado .................................................................. 16
2.3.2 Acuíferos de México.............................................................................. 17
2.3.3 Acuíferos de Sonora.............................................................................. 18
2.4 Calidad de las aguas subterráneas de Sonora .................................................... 20
2.5 Salinización del aguas subterránea del Valle del Yaqui....................................... 22
2.6 Contaminación de las aguas subterráneas.......................................................... 23
2.6.1 Principales contaminantes .................................................................... 24
2.6.1.1 Metales pesados ..................................................................... 25
2.6.1.2 Químicos orgánicos ................................................................ 25
2.6.1.3 Causas de contaminación del agua subterránea.................... 26
2.6.2 Fuentes de contaminación .................................................................... 27
2.6.3 Agricultura y contaminación .................................................................. 28
2.7 Desalación de aguas salinas .............................................................................. 29
2.7.1 Métodos de Desalación......................................................................... 31
2.7.2 Tratamiento de agua por ósmosis Inversa ............................................ 32
2.7.2.1 Factores que afectan la operación y la vida útil de las
membranas de ósmosis inversa ............................................. 32
2.7.2.2 El sistema de ósmosis inversa................................................ 32
III. MARCO METODOLÓGICO........................................................................................ 36
3.1 Localización de la zona de estudio ..................................................................... 36
3.2 Materiales, reactivos y equipos........................................................................... 38
3.3 Muestreo ............................................................................................................. 39
3.4 Metodología aplicada .......................................................................................... 41
3.4.1 Mapeo de la salinidad del acuífero ..................................................... 41
3.4.2 Priorización para la selección de poblaciones a estudiar ................... 41
3.4.3 Parámetros a analizar......................................................................... 41
3.4.4 Remoción de sales ............................................................................. 42
IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES ............................................................................. 43
4.1 Salinidad del acuífero del Valle del Yaqui .................................................... 43
4.2 Cálculo del índice de selección .................................................................... 44
4.3 Caracterización de la calidad del agua de los pozos salobres ..................... 46
4.4 Desalación de aguas subterráneas salobres ............................................... 47
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................................................. 51
VI. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 53
ANEXOS
iv
LISTA DE TABLAS
Tabla Página Tabla 1. El Agua en la Tierra ........................................................................................... 11
Tabla 2. Sólidos Totales Disueltos en Sonora................................................................. 21
Tabla 3. Límites permisibles de características químicas ............................................... 22
Tabla 4. Localización de los pozos de estudio ................................................................ 39
Tabla 5. Métodos analíticos para muestras de agua....................................................... 41
Tabla 6. Cálculo del índice de selección ......................................................................... 44
Tabla 7. Comparación de límites permisibles según CNA .............................................. 45
Tabla 8. Porcentaje de remoción calculado..................................................................... 46
Tabla 9. Valores de cationes y aniones mayores esperados .......................................... 48
v
LISTA DE FIGURAS
Figuras Página Figura 1. Estructura de la molécula del agua ................................................................. 8
Figura 2. El Ciclo del Agua ............................................................................................. 10
Figura 3. Distribución del Agua en el Mundo .................................................................. 12
Figura 4. Tipos de Acuíferos ........................................................................................... 15
Figura 5. Ubicación de la zona de estudio ...................................................................... 37
Figura 6. Zona de muestreo en el valle del Yaqui, Sonora.............................................. 40
Figura 7. Localización del Valle del Yaqui, Sonora ......................................................... 45
Figura 8. Balance de masa del proceso de desalación de Paredón Colorado ............... 48
I. INTRODUCCIÓN El agua subterránea forma parte del reciclaje global más antiguo, llamado ciclo hidrológico
(EPA, 1990).
Castillo (1997), dice que la utilización de las aguas subterráneas es tan antigua que se
cita en los pasajes bíblicos y durante mucho tiempo ha sido una de las fuentes principales
de abastecimiento de las regiones desérticas y semidesérticas.
La explotación de las aguas subterráneas empezó en algunos países en el siglo XIX,
como consecuencia de las intensas extracciones, llevadas a cabo por la necesidad de
abastecer el desarrollo urbano, industrial y agrícola. La explotación se desarrolló gracias
a los avances tecnológicos, en cuanto a máquinas para perforación y equipos de bombeo
a gran profundidad. La sobre explotación se dio por extraer mucho más agua de la que
alimenta de forma natural las capas subterráneas, generando así la posibilidad de
agotarlas. No existe agua subterránea desconectada y totalmente independiente del ciclo
de agua natural (Anónimo, 2000).
El recurso hidráulico disponible en el subsuelo es mucho mayor que el disponible en la
superficie. El agua almacenada en el subsuelo de nuestro planeta es 20 veces mayor que
el agua dulce superficial (Castillo, 1997).
2
Aún en países donde las aguas superficiales son abundantes, se hace uso de las aguas
del subsuelo, ya que según Castillo (1997), éstas presentan algunas ventajas como las
siguientes:
• No están sujetas a pérdidas por evaporación.
• No requieren tratamientos de decantación o son aguas de fácil tratamiento para
uso humano o industrial.
• La contaminación bacteriológica no es frecuente y se puede evitar haciendo un
buen diseño del pozo.
• Puede ser el medio más rápido y económico para el uso inmediato de las aguas
sin necesidad de obras adyacentes.
• La temperatura constante es otra de las ventajas además de la gran capacidad de
almacenamiento.
Castillo (1997), cita a continuación algunas de las desventajas que estas aguas pueden
presentar:
• El agua subterránea no es visible y eso hace que su estudio se dificulte.
• Su cuantificación, no se puede saber con exactitud el volumen de agua contenida
en el acuífero.
• La explotación racional y su manejo, a falta de cultura en cuanto a cantidad y uso
de las aguas Nacionales.
• Los daños de sobreexplotación y contaminación ocasionados al agua subterránea
son difíciles de remediar y a veces son irreversibles.
En un estudio realizado en 1979 por Ingenieros Civiles y Geólogos Asociados S.A., con
respecto a la salinidad de los acuíferos salinos del Valle del Yaqui, se dijo que éstos
pudieron formarse por la presencia de antiguos depósitos de agua de mar que quedaron
aislados en el subsuelo, por lo que altas concentraciones de cloruros y bajas
concentraciones de carbonatos y sulfatos, son una clara evidencia de que los sólidos
disueltos en el agua subterránea se deben a la presencia de éstos cuerpos de agua de
mar, o bien, la posibilidad de que el incremento de sales en el agua subterránea tenga su
origen en depósitos evaporíticos o masas de agua salada atrapada en el subsuelo
durante los procesos geológicos que dieron origen a esta planicie costera.
3
Durante décadas, la política del estado de Sonora, orientó más sus esfuerzos hacia la
construcción y la operación de la infraestructura, que hacia la administración del
aprovechamiento sustentable del agua. Así, los mayores volúmenes de uso de agua se
estructuraron en acciones de los Gobiernos Federal y Estatal, como: el acceso a la
irrigación mediante presas, distritos y unidades de riego, así como pozos y bordería;
dotación de tierras y aguas a pueblos, ejidos, comunidades rurales y agrícolas;
satisfacción de necesidades de agua potable y alcantarillado; generación de energía
eléctrica, mediante presas hidroeléctricas; y obras de protección contra inundaciones
entre otras. Mientras tanto, los pequeños propietarios y los usuarios industriales y de
servicios que no tenían acceso a las redes de distribución, perforaron pozos sin ninguna
restricción, provocando daños a los recursos naturales por la sobreexplotación de
acuíferos y la necesidad de que el Ejecutivo Federal emitiera diversos decretos de veda y
reglamentación de acuíferos sobreexplotados. En aspectos de aguas superficiales,
también se emitieron vedas con el fin de conservar las características hidráulicas en las
cuencas para la construcción de las grandes obras de riego (Arámbula, 1997).
El Río Yaqui está localizado al Sur del Estado de Sonora y está formado por sedimentos
que son depositados por el mismo Río Yaqui, los cuales han ido formando una planicie
costera donde se encuentran 233,000 ha abiertas al cultivos (González et al, 1998), las
cuales son abastecidas por agua superficial y subterránea. La disponibilidad de aguas
superficiales y subterráneas ha permitido un intenso y extenso desarrollo de la zona
agrícola, la cual está formada por los Distritos de Riego 041 del Río Yaqui y 018 de las
Comunidades Yaquis. Estos distritos son de los más importantes de México por su
producción de alimentos y fibras, la cual es del orden de 1.5 millones de ton/año,
principalmente de trigo, maíz, soya y algodón.
Las fuentes principales de recarga de los acuíferos del valle son el Río Yaqui, los canales
Alto y Bajo, además de la infiltración de los canales secundarios de riego, la irrigación de
las tierra de cultivo y de la precipitación (Icatec, 1970).
Entre 1977 y 1979 la extracción aumentó desde 300 a 500 millones de m3 por año y se
encontraron áreas de la planicie costera en donde la concentración de sólidos disueltos es
considerable, haciendo imposible el uso de este recurso para el riego (Ingenieros Civiles y
Geólogos Asociados S.A., 1979).
4
1.1 Identificación del problema En 1992, el Valle del Yaqui, tenía para su uso potable, agrícola e industrial más de 800
pozos perforados; en muchos de ellos se detectaron concentraciones en exceso de sales
disueltas en el agua (González, 1992). Mientras que en 1996 se dijo que la extracción de
agua era efectuada por medio de 697 pozos, bombeando estos un volumen medio anual
de 354 hm3. El acuífero ha sido alimentado por las infiltraciones desde el Río Yaqui, de
los canales y de las filtraciones del agua de riego depositada en los suelos, teniendo así
un volumen medio de recarga del orden de 416.5 hm3 cada año, por lo que se considera
como subexplotado (Arámbula y Palomino, 1996).
Por investigaciones realizadas al acuífero del Valle del Yaqui, se encontró la posibilidad
del fenómeno de intrusión salina ya que el material que conforma el acuífero es
permeable (desde 1.4x10-2 m/s hasta 1.0x10-2 m/s) tiene una transmisividad considerable
(de 6x10-6 m2/s hasta 2x10-6 m2/s), aunque se sospecha que una zona del acuífero
localizada entre los esteros San José y La Atanasia se encuentra salinizada por
infiltración de la estanquería de los parques camaronícolas instalados en esa zona
(Zapuche, 2000).
En el Valle del Yaqui, Sonora, se observa que la salinidad en los pozos va aumentando,
de ahí el porque en algunos lugares es imposible su uso como agua potable.
Otra causa que ha ocasionado el incremento de la salinidad del agua subterránea, es
representado por un frente de recarga vertical de aguas de riego que disuelve las sales a
su paso el cual desciende por infiltración (González y Marín, 2000).
En 1980 se hicieron estudios que, según Ingenieros Civiles y Geólogos Asociados, las
zonas de mayor transmisividad (1.4x10-2 m2/s según González y Marín, 2000) en el
acuífero son las del Norte en la proporción regada por el canal Porfirio Díaz, que va desde
Cócorit hasta San José de Bacum.
Los acuíferos con altas concentraciones de sales no son fuente de abastecimiento de
aguas en colonias, municipios, etc. Por lo que se propone desalinizar el agua que cumpla
con la normatividad requerida (NOM-127-SSA1-1997), ya que ésta puede afectar la salud
de los habitantes de los poblados en los cuales se encuentran dichos pozos salinos.
5
1.2 Justificación El estado de Sonora, por sus actividades tales como la ganadería y la agricultura,
principalmente en la producción del Valle del Yaqui, su economía es fuertemente
considerada. Además, los requerimientos de agua en dichas actividades productivas son
abastecidas con agua proveniente de pozos profundos (Zapuche, 2000). Para cualquier
uso que éste sea, la calidad del agua es de vital importancia, por lo cual se debe tener
una preocupación de usuarios y autoridades (González, 1992).
El Valle del Yaqui cuenta con siete plantas potabilizadoras de agua superficial de las
cuales, tres se ubican en Cd. Obregón y cuatro en la zona rural, en donde la mayoría de
la población hace uso del agua subterránea. La población rural servida por este medio es
de 233,413 hab. Actualmente, en algunas zonas del Valle se observa una continua
elevación en los niveles de salinidad, sobrepasando las cantidades establecidas en las
normas de agua para consumo humano y generando problemas de abastecimiento
(González y Rivera, 1997).
El Valle del Yaqui se ha encontrado que algunos de los pozos próximos a la costa se han
inhabilitado porque están invadidos por agua salada (Zapuche, 2000).
Debido a lo anterior, para aprovechar el agua de pozos salinos, clausurados o a punto de
clausurar, además de la explotación de nuevos pozos con fines de abastecimiento
humano, se debe acondicionar el agua para consumo humano a poblaciones rurales que
sufren la escasez de agua potable.
El desarrollo de este trabajo va encaminado a la obtención de agua acondicionada para
consumo humano en el Valle del Yaqui, pues según Zapuche (2000), los tres acuíferos
más sobre explotados de México se localizan en los Valles de Guaymas, Sahuaral y
Costa de Hermosillo, en donde los daños irreversibles que ha causado la intrusión salina
a los acuíferos son de gran relevancia puesto que gran parte de la población del Valle del
Yaqui dependen de agua subterránea.
El agua salada no sólo afecta a la salud, sino también a la economía empresarial pues se
deduce que el agua es un excelente disolvente, además de ser causa de incrustaciones,
sedimentos y corrosiones, también de picaduras en las tuberías y calderas; para evitar
todos estos problemas en el equipo, es necesario un tratamiento específico del agua a
6
utilizar y éste variará dependiendo del tipo de instalación que se tenga y la finalidad que al
agua se le asigne. Por esto, en este trabajo se evalúa el uso de la tecnología de ósmosis
inversa para la desalinización de fuentes de abastecimiento de agua potable con
problemas de calidad de agua.
1.3 Objetivo Evaluar la remoción de sales aplicando el proceso de ósmosis inversa en aguas de un
acuífero salino del Valle del Yaqui, con propósitos de abastecimiento humano.
1.4 Hipótesis El proceso de ósmosis inversa es una alternativa para desalar el agua salina que va de
una concentración de 5,000 ppm de STD a un agua dulce de pozo que contiene menos de
550 ppm de STD con fines de abastecimiento humano.
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1 El agua químicamente pura 2.1.1 Propiedades físicas y químicas del agua De acuerdo con Rigola (1999), el agua posee las siguientes propiedades:
El agua pura, no existe en estado natural. El agua puede encontrarse en la
naturaleza en sus tres estados, sólido, líquido y gaseoso, pudiendo existir en un
momento dado en equilibrio entre sus tres formas. El calor específico del agua es
muy alto (1 cal/gr º C).
El calor latente de vaporización del agua es muy grande: a 20ºC hay que
comunicar 585 cal. para evaporar un gramo de agua.
El calor latente de fusión, de 80 kcal/kg O°C, es relativamente elevado.
La conductividad térmica del agua es la mayor de todos los líquidos, con la única
excepción del mercurio.
El agua es débilmente ionizable, conteniendo siempre algunos iones hidrógeno,
dando un pH próximo a 6. La concentración de iones en el agua es muy
importante para los organismos.
8
La estructura molecular del agua es un dipolo: su constante dieléctrica es muy
alta, mayor que para cualquier otro líquido, lo que le confiere la propiedad de
disolver cualquier sustancia aunque sea en cantidades extremadamente
pequeñas. Ello hace que el agua no sea nunca químicamente pura, llevando
siempre diversas sustancias, como gases, sales o grasas, disueltas.
La constante dieléctrica representa el factor por el cual hay que eliminar las
fuerzas ejercidas entre dos partículas próximas, por ejemplo dos iones del signo
opuesto dentro del agua. De ahí se deriva su capacidad de disolución y el
carácter particularmente ionizante de los medios acuosos para las sales.
Debido al reducido número de iones, el agua pura es aislante, pues prácticamente
no conduce la corriente eléctrica.
La viscosidad es otra característica importante del agua, la cual es una medida de
la fricción interna que experimentan las moléculas entre sí al irse desplazando,
esta también varía con la temperatura. Las diferencias de temperaturas y de
viscosidad, suelen cambiar entre verano e invierno y motivan cambios en ciertos
parámetros de proceso, como la velocidad de sedimentación.
Este conjunto de propiedades hacen que el agua sea un excelente disolvente de sales y
gases, y por ello es causa de problemas de incrustaciones, sedimentos, corrosiones y
picaduras en las tuberías y calderas, cuya prevención exige tratamientos específicos para
cada instalación en función del tipo de agua que se utiliza y del fin a que se destina
(Correa, 1999).
La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de
oxígeno formando un ángulo de 104.5° (ver figura 1). La forma de la molécula es
asimétrica, dipolar por la regular distribución de las cargas eléctricas, las cuales
determinan la formación de enlaces de hidrógeno. Teniendo como resultado que la
atracción molecular de los enlaces de hidrógeno es mucho más fuerte de lo esperado y la
energía de liberación para formar vapor es muy alta. La molécula de agua presenta una
gran estabilidad de temperatura hasta de 1200 °C. Otras manifestaciones de la estructura
particular de la molécula de agua, es la tensión superficial y la constante dieléctrica. El
fenómeno de capilaridad está presente gracias a la tensión superficial del agua, lo cual es
de gran importancia para ciertas actividades biológicas (Rigola, 1999).
9
Figura No.1 Estructura de la molécula del agua (Universidad de Murcia, s.f.) http://www.um.es/~molecula/sales01.htm
2.1.2 El agua en el cuerpo Nuestro organismo requiere de agua para funcionar con normalidad. Este fluido participa
activamente de todos los procesos internos generando movimiento y energía vital. En
nuestra vida eliminamos 25,000 litros y bebemos 8,000 litros en un año, el cuerpo está
formado por ella en un 95%, 18 días es el tiempo límite que se pude resistir sin beber
agua.
Nuestro cuerpo contiene 45 litros de agua, esta cantidad va decreciendo progresivamente
con el paso del tiempo hasta que sobreviene la muerte.
El agua representa dos tercios del peso de un ser humano presentándose en todas
partes: 20% en los huesos, 85% en el encéfalo, 70% en la piel, 80% en el corazón y 0.2%
en los dientes.
Participa de todas las funciones vitales, interviene en la digestión ayudando a desinfectar
a los alimentos que incorporamos, luchar contra la sequedad y eliminar las toxinas del
cuerpo.
A través de la orina, la transpiración y la respiración, se van 25,000 litros de agua a lo
largo de toda la vida y con ellos todos los demás deshechos acumulados en el cuerpo.
Colabora en la defensa del organismo, ya que a través de la sangre limpia de deshechos,
se desplazan sin dificultad los linfocitos, también constituye un excelente termorregulador
responsable de que nuestro interior permanezca estable, a pesar de los cambios
climáticos.
La falta del agua por 3 ó 4 días puede provocar serios problemas físicos y psíquicos. Si la
falta se prolonga de 15 a 18 días, sobreviene una deshidratación fatal que detiene
completamente el trabajo celular y lleva inevitablemente a la muerte. Es por lo tanto
innegable que sin agua no puede caber la posibilidad de vida (Correa, 1999).
10
2.2 Ciclo hidrológico El ciclo hidrológico o ciclo del agua, es el movimiento permanente del agua en el planeta.
Su fuerza motriz es llevada a cabo gracias a la combinación de la energía solar y la fuerza
de gravedad, tal y como se muestra en la figura 2 (García y Lugo, 1996). Y según
Kemmer y John (1995), por ciclo hidrológico entendemos como el movimiento continuo
del agua entre la tierra y la atmósfera a través de la evaporación y la precipitación.
Figura No. 2 El ciclo del agua (Clarke, 1991).
http://www.jhuccp.org/prs/sm14/sm14figs.stm#fig2
Según la EPA en 1990, este ciclo comprende la evaporación del agua por medio del sol,
hasta que el viento arrastra este vapor por encima del mar y la tierra, es aquí donde el
vapor condensa y precipita a su vez en forma de lluvia, de esta manera es como vuelve a
la tierra volviéndose a evaporar, después emana a través de ríos y quebradas, se infiltra
en el suelo recorriendo subterráneamente su regreso al mar; las raíces de las plantas
también la pueden absorber, pero llegando a las hojas es donde el agua se vuelve a
evaporar para regresar a la atmósfera y así continuar el ciclo.
El agua que llega hasta la superficie de la tierra según Kemmer y John (1995), toma
alguno de estos tres caminos:
1. Una porción del agua que se encuentra en la atmósfera precipita cayendo así en
forma de lluvia o nieve, de esta manera es como se incorpora en lagos, ríos, arroyos y
océanos.
11
2. La vegetación se encarga de absorber otra porción de agua, ésta la transpira
enviándola de nuevo a la atmósfera.
3. Y el resto del agua que no es transpirada por las plantas, además de la que no logran
evaporar lagos y ríos, fluye por el subsuelo hasta llegar al nivel freático.
El camino recorrido por el agua entre los espacios de las rocas, se le llama zona no
saturada.
La zona saturada es el área que cubre con agua totalmente los espacios entre las rocas y
la tierra. En la parte superior de ésta es donde se encuentra el nivel freático. Las aguas
subterráneas son aguas de esta zona.
En espacios donde el nivel freático ocurre en la superficie de la tierra, las aguas
subterráneas descargan en lagos, marismas, manantiales o arroyos y a causa de la
evaporación, vuelven a la atmósfera para ser parte del ciclo hidrológico otra vez.
La preocupación tan grande que se tiene, es debido a los efectos perjudiciales que el
desarrollo económico trae sobre los recursos hídricos. La necesidad mundial por el agua
en todos sus estados físicos (sólido, líquido y gaseoso) es enorme. Sin embargo, como
muestra la tabla 1, sólo una pequeña porción de esta agua dulce podemos utilizar y se
encuentra distribuida desproporcionadamente (Auge ,1997).
Desde 1997, una cuarta parte de los países del mundo sufren de la escasez de agua
dulce.
Tabla 1. El agua en la Tierra (Auge, 1997).
Volumen en km3 %
Océanos y mares 1350x106 97.6 Casquetes polares 26x106 1.9 Agua subterránea 7x106 0.469 Agua superficial 0.3x106 0.02 Agua edáfica 0.2x106 0.01 Agua atmosférica 0.02x106 0.001
Para el abastecimiento público de agua, los recursos subterráneos y los superficiales son
los más utilizados. Los factores a tomar en cuenta para elegir entre un recurso y otro son
muchos y dentro de ellos podrían estar la calidad del agua, la cantidad disponible, la
seguridad del abastecimiento, el costo de construcción y/o operación (Departamento de
sanidad de Nueva York, 2000).
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Océanos 97%
Toda el agua
Agua dulce
Agua accesible en las plantas 1%
Agua dulce
A
Agua
Subterránea 20%
Casquetes de hielo y glaciares 79%
Agua dulce de superficie fácilmente accesible
Humedad del suelo 38%
Lagos 52%
Ríos 1% Vapor de agua atmosférico 8%
Agua dulce de superficie fácilmente accesible 1%
3%
Figura No. 3 Distribución del agua en el mundo
(Lean, G. and Hinrichsen, D., 1994) http://www.jhuccp.org/prs/sm14/sm14figs.stm#top
En la figura 3, podemos apreciar que, tres cuartas partes de la superficie de la tierra es
agua, pero la mayor parte de ésta es oceánica. El 3% de agua en el mundo es dulce, y la
mayor parte no se encuentra disponible, pues el 97% del agua del planeta es parte de
mares y océanos, está tan salada que no puede ser bebida o utilizada para cultivo y
mucho menos en procesos industriales, excepto los procesos de enfriamiento.
El 79% del agua dulce ésta en forma de casquetes de hielo y glaciares situados en zonas
polares, las cuales están muy lejos de la población o bien puede ser agua subterránea tan
profunda que resulta muy costosa extraerla.
Un 20 % es agua dulce de superficie accesible. Pero sólo 1% es agua subterránea de
fácil acceso para uso humano (Andriulo et al, 2000).
13
2.3 Aguas subterráneas La EPA (1990), considera a las aguas subterráneas como un recurso “oculto” pues esta
fuente de líquido vital no se encuentra a simple vista y muchos de nosotros no nos damos
cuenta de ello. Estas se encuentran por debajo de diferentes formas de suelo. A los
espacios en donde hay grandes cantidades de agua subterránea suficiente como para
alimentar a pozos y manantiales se les llama acuíferos, palabra que significa “portador de
agua”. Estos acuíferos depositan el agua entre los espacios de arena, grava y rocas. La
reserva subterránea depende de la porosidad del acuífero o de las cantidades de espacio
que se tengan para almacenar el agua. La capacidad del acuífero depende del tamaño
de estos espacios así como de cómo se encuentren interconectados para que el agua
fluya de un pozo a otro. Las aguas subterráneas tienen movimientos de arriba a abajo y
hacia ambos lados. Estos movimientos se deben a la fuerza de gravedad, a diferencias
de elevación y de presión. Las aguas subterráneas se mueven muy lentamente, su
recorrido se mide en metros por año y dependiendo de la permeabilidad en la zona, su
velocidad puede variar. Se puede decir que la velocidad del agua es directamente
proporcional a la permeabilidad del suelo. La velocidad en la que se mueven las aguas
subterráneas en las capas acuíferas es muy variable, así como la distancia recorrida.
Cuando estas aguas llevan miles de años en las capas acuíferas y el recorrido es lento,
se les llaman aguas fósiles (EPA, 1990).
Desde 1980 los sucesos de contaminación de aguas subterráneas han venido captando la
atención pública. Los intereses por protegerlas son motivo suficiente para elaborar
programas en el ámbito federal, estatal y municipal. La mayor parte de la obligación en
proteger las aguas subterráneas la tiene la comunidad local, ya que las condiciones y
abastecimientos de estas aguas varían de acuerdo al área en que éstas se encuentren
(EPA, 1990). Normalmente las pequeñas comunidades son las que utilizan
abastecimientos subterráneos de agua, teniendo como resultado la limitación del agua por
el uso de un solo acuífero.
En los abastecimientos subterráneos se observa un inconveniente como lo es la
tendencia a proporcionar aguas salinas y duras, esto se debe a que los constituyentes
que causan la salinidad y dureza son disueltos al pasar el agua por los depósitos
minerales del subsuelo. Por otra parte, el abastecimiento subterráneo tiene la ventaja de
proporcionar aguas que requieren un menor grado de tratamiento, pues las “impurezas”
14
se eliminan de manera natural a medida que éstas atraviesan las capas del suelo y
subsuelo. Sin embargo, se debe tomar en cuenta que, éstas no siempre contribuyen al
aumento de la salinidad y dureza en los depósitos minerales, además tiene mucho que
ver la conformación del suelo y subsuelo para que éstos puedan eliminar la materia
indeseable para el agua (Depto. de Sanidad de Nueva York, 2000).
Tres cuartas partes de los sistemas de abastecimiento público de agua en los Estados
Unidos de América provienen de fuentes subterráneas; estos sistemas sirven a una cuarta
parte de la población. Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos de América
(USGS), el empleo de aguas subterráneas desde 1950 a 1980, creció de 35,000 a 87,000
millones de galones por día. De este volumen, el sector agrícola utiliza más de un tercio
del agua subterránea y el industrial más del 30%. Para ellos, el agua subterránea es un
recurso nacional muy importante y por tanto tiene que protegerse contra la contaminación
(EPA, 1990). Generalmente, las grandes ciudades son las que dependen de
abastecimientos de aguas superficiales, ya sean de corrientes, lagos o embalses, no son
seguras para el consumo humano por lo que requieren de tratamiento.
Los manantiales pequeños, de terrenos elevados, pueden proporcionar aguas insípidas,
prácticamente claras, excepto durante la temporada de lluvias tempestuosas, en esta
época la cantidad de sólidos suspendidos se eleva. Tales aguas pueden contaminarse
por exposición a cualquier bacteria indeseable presente en el agua, la cual puede ser de
origen animal, accidental o incidental, de origen humano, etc.
Las corrientes grandes por lo general se alimentan de cuencas habitadas y también se
pueden contaminar debido al escurrimiento superficial de las tierras erosionadas o aradas,
manteniendo las características físicas generalmente inferiores a las de las cañadas.
Además las aguas negras y los desperdicios industriales pueden ser descargados
directamente a muchas corrientes sin recibir un tratamiento adecuado. Los lagos,
represas y embalses proporcionan agua de mejor calidad que la mayoría de las
corrientes, debido al efecto benéfico de la auto purificación por sedimentación y reposo.
Los lugares que se alimentan gracias a los ríos necesitan de mayores recursos para su
tratamiento. La turbiedad, o enturbiamiento, el contenido mineral y el grado de
contaminación varían mucho de un día a otro. La variación de la temperatura del agua
durante el año también puede hacerla indeseable, especialmente durante los meses de
verano (Depto. de Sanidad del Estado de Nueva York, 2000).
15
2.3.1 Tipos de acuíferos De acuerdo con Foster y Salas (1987), las formaciones acuíferas pueden dividirse en dos
dependiendo del grado de resistencia que ofrezcan al flujo de agua subterránea a saber:
confinante y no confinante. La primera, es una unidad impermeable que no transmite
agua, mientras que la segunda se refiere a la unidad geológica que tiene alta
permeabilidad, y por consiguiente puede almacenar y transmitir agua. Las unidades
confinantes pueden servir de frontera ya sea en la parte alta o baja del acuífero lo que da
como resultado la existencia de dos tipos de acuíferos principalmente que son: confinados
y no confinados (o libres), ilustrados en la figura 4.
Nivel piezométrico del acuífero
confinado
Acuífero confinado
Arcillas
Calizas
Nivel freático Nivel del mar
Acuífero no confinado
Arenas y arcillas
Arenas muy porosas
Figura No. 4 Tipos de acuíferos (Muñoz S. Josefa, s.f.) http://www.fortunecity.com/campus/carthage/1033/Pag2/2.2
Unidad impermeable
16
2.3.1.1 Acuífero no confinado o libre Custodio y Llamas (1983) afirman que estos tipos de acuífero son aquellos en los cuales
existe una superficie libre del agua encerrada en ellos, que está en contacto directo con el
aire y por lo tanto, a presión atmosférica; y que al perforar los pozos que los atraviesen,
total o parcialmente, la superficie obtenida por los niveles de agua de cada pozo forma
una superficie real. Fetter (1993) menciona que los acuíferos libres se encuentran muy
cercanos a la superficie de la tierra y están constituidos por capas continuas de materiales
de alta permeabilidad específica a lo largo de todo el perfil vertical desde la superficie del
agua hasta el fondo del acuífero; el mismo autor resalta la existencia de dos clases de
recargas para este tipo de acuíferos:
• Vertical por infiltración a través de la zona no saturada.
• Horizontal por flujo subterráneo provocados por diferencias de gradiente.
2.3.1.2 Acuífero confinado Custodio y Llamas (1983), afirman que el agua de los acuíferos confinados, cautivos o a
presión, está sometida a una cierta presión superior a la atmosférica; por ello durante la
perforación de pozos en acuíferos de este tipo, al atravesar el techo del mismo se observa
un ascenso rápido del nivel del agua hasta estabilizarse en una determinada posición. De
acuerdo con éste y la posición del nivel topográfico de la boca del pozo, pueden
considerarse pozos surgentes o fluyentes a aquellos en los cuales el nivel piezométrico
está situado en la cota superior de la boca del pozo y simplemente a presión a los pozos
el mismo acuífero, pero cuyo nivel piezométrico quede por debajo de la superficie
topográfica en los alrededores del mismo. Fetter (1993) menciona que los acuíferos
confinados pueden estar protegidos por unidades geológicas impermeables, pero
igualmente advierte que esta protección es limitada, coincidiendo con Custodio y Llamas
(1983) quienes señalan que no existen formaciones geológicas totalmente impermeables
debido a que las rocas se ven afectadas por algún grado de intemperismo, fracturación y
disolución.
17
2.3.2 Acuíferos de México El territorio nacional presenta una gran variedad de características geohidrológicas
determinantes para la explotación y aprovechamiento de las aguas subterráneas. En
México aproximadamente 90,000 pozos son explotados, extraen un volumen anual
estimado de 30,000 millones de m3, lo que corresponde a un caudal de 1000 m3/s. El 70%
de ese volumen se dedica a la agricultura, el 20% a uso urbano y el resto a otros usos.
En un análisis se detectaron 70 acuíferos que registran problemas de sobreexplotación y
contaminación. Se observan explotaciones intensivas en los acuíferos de San Quintín,
Santo Domingo en Baja California, San Luis, Caborca, Hermosillo y Guaymas en Sonora;
la región del Bajío, La comarca lagunera; San Luis Potosí, Guanajuato, Valle de México,
etc (Castillo, 1997).
Acuíferos importantes en rellenos recientes, se localizan en las planicies costeras del
Océano Pacífico, de los Golfos de California, Tehuantepec y de México; los lugares donde
están siendo explotados son: Depósitos deltáicos del Valle de Mexicali, Planicies de
inundación de Ciudad Obregón, La Paz, Bajo Río Bravo, Coatzacoalcos y en algunas
cuencas como son la Región Lagunera de Coahuila y Durango, en el Valle de México y en
los Valles Centrales de Oaxaca.
Las rocas de orígenes lacustres y aluviales, son las denominadas como Depósitos
Terciarios. La delimitación de estos es muy importante, pues en algunos casos se
comportan como acuíferos permeables productores, que subyace a otros mantos
acuíferos más recientes y en otros casos, funcionan como sellos confinantes, sobre
acumulaciones de aguas subterráneas, sujetas a presiones hidrostáticas con
artesianismo.
Estos depósitos se encuentran esparcidos en toda la República, desde Chihuahua hasta
Oaxaca (Castillo, 1997).
18
2.3.3 Acuíferos de Sonora De acuerdo con Castillo et al (1999), de las zonas áridas, semiáridas y subhúmedas. Se
estima que el 51% de la superficie nacional se encuentra en clima árido, la mayor parte de
las zonas áridas se encuentran especialmente en el noroeste de la República Mexicana
con la presencia de los dos desiertos más importantes de México, el Desierto Sonorense
y el Desierto Chihuahuense, donde la vegetación predominante son matorrales, pastizales
y ocasionalmente, bosques templados a lo largo de las dos Sierras Madres.
En Sonora, se distinguen dos grupos de acuíferos: los costeros y los intermontanos; entre
los primeros tenemos la Mesa Arenosa de San Luis Río Colorado, Caborca, Costa de
Hermosillo, Guaymas, Yaqui, Mayo, etc; entre los segundos están los acuíferos de los
Valles de Magdalena, Río Sonora, Mátape, Moctezuma, Bavispe, Sahuaripa, San
Bernardino, Cuchujaqui, etc. (Castillo et al, 1999).
Sonora ocupa un lugar preponderante en el país por su desarrollo económico basado
principalmente en la agricultura y en la ganadería; situado en la porción más árida del
territorio, tiene una disponibilidad de agua superficial en el conjunto de presas con una
capacidad de almacenamiento de 9,200 millones de m3.
Se identifican 7,713 pozos con una extracción anual de 2,855.4 millones de m3, alrededor
de 5,000 son de gran caudal dedicados a la agricultura y el resto de pozos destinados a la
ganadería. La parte norte del Estado de caracteriza por un clima extremadamente
desértico y de aquí que el agua subterránea sea un factor vital para la economía de la
entidad. El mayor desarrollo se encuentra en esta porción árida del Estado, en donde
destacan los distritos de riego de Hermosillo, Guaymas y Caborca, notables por su
productividad y tecnificación. Desafortunadamente, este florecimiento está basado en un
agotamiento gradual de las fuentes subterráneas. Su sobreexplotación está propiciando
la inutilización de los acuíferos, ocasionando efectos perjudiciales como el avance del
agua del mar hacia tierra adentro. Varias medidas correctivas se han propuesto para
prolongar su vida útil y preservar el desarrollo económico de la región (Castillo, 1997).
Los valles de los Ríos Yaqui y Mayo, ubicados en la parte sur del Estado, presentan
condiciones hidrológicas notablemente diferentes a las anteriores. Las cuencas de ambos
ríos tienen una gran extensión y en su porción montañosa se generan abundantes
escurrimientos superficiales aprovechados para generación de energía eléctrica y
desarrollo agrícola.
19
Los distritos de riego establecidos en su planicie costera utilizan principalmente el agua
superficial almacenada en grandes presas; pero no siendo suficientes para beneficiar la
totalidad de la superficie cultivable, las fuentes subterráneas se explotan también
combinadamente en gran escala. Especial atención merece el manejo racional de estas
fuentes para no generar problemas semejantes a los que ya se tienen en las cuencas del
norte del Estado de Sonora.
Algunos de los daños irreversibles ocasionados en los principales acuíferos de Sonora en
donde el abatimiento de los niveles piezométricos ha descendido de manera alarmante,
ha ocasionado mayores gastos en el bombeo y en otros acuíferos una inversión en el
flujo, propiciando la intrusión del agua del mar o contaminándolos con la presencia de
elementos minerales tóxicos como Cobre, Manganeso, Fierro, Bario, Flúor, Nitratos,
Arsénico, etc.
La problemática de los acuíferos de Sonora se puede resumir en tres aspectos: La
sobreexplotación, la contaminación y la legalidad.
Con respecto a la contaminación de los acuíferos de Sonora, otro tipo de ésta es la
presencia de sales en los primeros estratos del suelo, ocasionados por la presencia de
mantos freáticos elevados como en el caso de los Valles del Yaqui y Mayo en donde se
han salinizado algunos miles de hectáreas, Pesqueira, Colonia Morelos; asimismo se han
reportado contaminaciones por elementos menores como Bario en Mátape, Flúor en el
acuífero de la Victoria al noroeste de Hermosillo, Cobre, Manganeso y Fierro en la cuenca
del Río Sonora y San Pedro (Castillo, 1997).
20
2.3 Calidad de las aguas subterráneas de Sonora En los años 60’s la gente no imaginaba que las aguas subterráneas pudieran
contaminarse, pues se creía que las aguas contaban con protección natural. Se confiaba
en que las capas de arena, grava y rocas presentes en el subsuelo, maniobraban de tal
forma que atrapaban los contaminantes antes de llegar a las aguas subterráneas. Ahora
sabemos que los contaminantes si atraviesan las capas de filtración llegando a la zona de
saturación, causando la contaminación de la misma.
Se divulgaron datos en cada uno de los Estados de los Estado Unidos de América en los
cuales se presentan casos de la contaminación de estas aguas. El 10% de los sistemas
públicos que proveen agua subterránea sobrepasan las normas biológicas requeridas
para que ésta sea potable. Además, cada día se descubren pesticidas en el agua
subterránea. Se han hecho estudios para saber la magnitud de la contaminación de estas
aguas, pero las estimaciones son muy improbables de verificar, pues el acceso a las
aguas subterráneas es complicado (EPA, 1990).
Entre los principales contaminantes que modifican la calidad del agua, se encuentran:
materia orgánica, grasas y aceites, organismos patógenos, metales pesados, detergentes
y plaguicidas.
El riesgo para la salud provocado por la presencia de sustancias químicas en el agua, es
diferente al que le transmiten los contaminantes microbiológicos, ya que las sustancias
químicas ocasionan efectos tóxicos después de un período prolongado de exposición.
(García, 1998).
Es responsabilidad de las autoridades encargadas del abastecimiento del agua, garantizar
que ésta se suministre a la población con la calidad establecida en las normas locales y/o
internacionales. En México existen programas oficiales que permiten vigilar y controlar la
calidad del agua como las que se publican en el Diario Oficial de la Federación.
La calidad del agua subterránea se considera en general aceptable, con valores que
fluctúan de 300 a 600 ppm de Sólidos Totales Disueltos (STD) como se muestra en la
Tabla 2; sin embargo, en los principales acuíferos costeros se tienen valores superiores
de salinidad, alcanzando las 3,000 ppm de STD (Castillo et al, 1999).
21
Tabla 2. Sólidos Totales Disueltos en Sonora (Castillo et al, 1999).
Acuífero Sólidos Totales Disueltos (mg/l)
Mesa Arenosa de San Luis Río Colorado 1000
Costa de Caborca 500 a 1,200
Costa de Hermosillo 300 a 2,500
Valle de Guaymas 400 a 3,000
Valle del Yaqui 500 a 1,500
Valle del Mayo 500 a 1,500
En la Costa de Hermosillo, Costa de Caborca y Valle de Guaymas, la alta salinidad se
debe a problemas de intrusión salina, generada por la sobreexplotación a que han sido
sometidos estos acuíferos. En otros acuíferos, la salinidad presente se debe a la propia
naturaleza de materiales con los que el agua subterránea hace contacto en su flujo o
confinamiento. Ejemplo de esto son los Valles del Yaqui y Mayo con problemas de sodio;
en el Rusbayo, presencia de Sulfatos; la Victoria, de Flúor; Pesqueira, Sodio y Cloruros;
en el Río Sonora de Cobre, Fierro y Manganeso de los desechos de las minas de
Cananea; en Mátape, Bario natural; San Luis Río Colorado por los desechos de los
campos geotérmicos de Cerro Prieto y de la mala calidad del agua del Río Colorado. Las
principales familias de aguas que se presentan en los acuíferos de Sonora son
Bicarbonatadas-cálcicas-magnésicas, Sulfatadas-cloruradas-sódicas, Bicarbonatadas-
sódicas, Sulfatadas-cloruradas-sódicas y Cloruradas-cálcico-magnésicas, las cuales se
van modificando según sea su localización geográfica; es decir, lejos o cerca de las
costas según sea el efecto de la sobreexplotación (Castillo et al, 1999).
Los estándares de calidad del agua subterránea como fuente de abastecimiento humano
en México, son publicados por las diferentes instituciones gubernamentales, las cuales
son encargadas de que se cumplan los estándares establecidos por la ley.
A continuación se muestran las normas de los parámetros físicos y químicos más
importantes, a las cuales deben ajustarse las fuentes de abastecimiento de agua potable
de México (García, 1998).
La tabla 3 muestra las concentraciones permisibles de características químicas que según
la Norma Oficial Mexicana (NOM-127-SSA1-1994), al sobrepasar estos niveles hacen
insegura la potabilidad del agua.
22
Tabla 3. Límites permisibles de características químicas (Diario Oficial de la Federación, 1996).
Característica Límite permisible (mg/l) Aluminio 0.20 Arsénico 0.05 Bario 0.70 Cadmio 0.005 Cianuros (como CN-) 0.07 Cloruros (como Cl-) 250.00 Cobre 2.00 Cromo total 0.05 Dureza total (como CaCO3) 500.00 Fierro 0.30 Floruros (como F-) 1.50 Manganeso 0.15 Mercurio 0.001 Nitratos (como N) 10.00 Nitritos (como N) 0.05 Nitrógeno amoniacal (como N) 0.50 pH (potencial de hidrógeno) en unidades de pH 6.5-8.5 Plomo 0.025 Sodio 200.00 Sólidos disueltos totales 1000.00 Sulfatos (como SO4
=) 400.00 Zinc 5.00
2.5 Salinización del agua subterránea del Valle del Yaqui Antes de iniciarse la explotación intensa del agua subterránea en el Valle del Yaqui,
existían en la parte oeste del Distrito de Riego manantiales y zonas de terrenos muy
húmedos que formaban parte de la descarga natural del subsuelo y en donde se
desarrollaba una vegetación abundante que se alimentaba de esta humedad. Esto
provocaba la evapotranspiración directa de freatofitas en esta región y posiblemente el
aumento de la salinidad y el agua subterránea. Esta posibilidad era reconocida desde
hace tiempo y para controlar estos efectos se implantaron algunas medidas de drenaje
superficial, además de introducir el bombeo para abatir los niveles freáticos someros.
El incremento en la salinidad en el agua subterránea con el tiempo, representado por un
frente salino que desciende paulatinamente y que inicialmente se consideró ocasionado
por las prácticas de riego y drenaje, al observar los resultados de los análisis de pozo
ITSON-3, se consta que en una zona sin antecedentes de riego está latente a la
formación del frente salino.
23
Lo anterior permite inferir que desde el proceso de sedimentación de esa porción de la
planicie costera se tienen sales que pueden ser arrastradas cuando se da el fenómeno de
recarga vertical por infiltración de agua superficial al sistema de agua subterránea.
El problema de la salinidad en un valle agrícola como es el del Yaqui, es muy importante,
sumándosele los problemas de la escasez de agua, suelos salinos y niveles freáticos
someros. La salinidad repercute en la producción agrícola afectando tres aspectos: el
agua, suelo y planta (González y Rivera, 1997).
2.6 Contaminación de las aguas subterráneas La contaminación de las aguas subterráneas puede presentarse en la superficie de la
tierra y en el suelo sobre el nivel freático. La calidad de las aguas subterráneas puede
verse afectada dependiendo de la región en la cual el contaminante entra al ambiente
subterráneo, como ya se menciona anteriormente esto depende del tipo de suelo y su
permeabilidad. Por ejemplo, al derramar un contaminante sobre la superficie de la tierra o
al inyectarla dentro del suelo sobre el nivel freático, el resultado obtenido se puede
presentar en diferentes grados de contaminación, dependiendo de la concentración
derramada. En caso de ser derramado sobre la tierra, el contaminante tal vez atraviese
varias capas de material geológico antes de poder llegar hasta las aguas subterráneas,
disminuyendo así el nivel de contaminación.
Según la EPA (1990), las sustancias que contaminan a las aguas subterráneas se dividen
en dos:
• Aquellas que suceden de forma natural, éstas abarcan a los minerales tales como
el Calcio, Hierro y Selenio.
• Las que se introducen por el hombre, éstas comprenden a los virus, sales, material
químico e hidrocarburos (solventes, pesticidas y derivados del petróleo), además
de la lixiviación en depósitos de basura (líquidos que pasan a través de los
depósitos conteniendo sustancias disueltas en la basura) que llevan consigo
compuestos tales como metales pesados.
Gran número de personas intoxicadas por ingerir aguas contaminadas son consecuencia
de un sin número de actividades humanas que facilitan el acceso de los contaminantes al
agua. La inactivación de pozos es otra posible causa de contaminación. Si el pozo no es
24
sellado de la forma correcta y se abandona, él mismo puede recibir los contaminantes de
las distintas actividades humanas que se encuentren cerca, y una vez que se ha
contaminado en el área afectada puede abarcar de uno a dos kilómetros a la redonda.
Los sistemas de abastecimiento de agua municipal son sistemas modernos, por decirlo
así, anteriormente la gente necesitaba pozos cerca de sus hogares para contar con agua
potable; en ciertas áreas rurales sigue siendo de esta manera (EPA, 1990).
Si la preocupación por la cantidad del agua representa un problema, la calidad es todavía
un problema mayor. En algunos lugares ha llegado a ser muy importante la disminución
de los mantos acuíferos subterráneos causada por acción del hombre. Es por esto que el
Servicio Geológico de los Estados Unidos de América, estudia los recursos subterráneos
de Nueva York (Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York, 2000).
2.6.1 Principales contaminantes del agua subterránea Son algunos los contaminantes que predominan en el agua subterránea; estos
contaminantes son los metales pesados, químicos orgánicos y otras sustancias tales
como fertilizantes y pesticidas, bacterias y virus. Las estadísticas sobre la calidad de las
aguas en México, se centran en la contaminación causada por el hombre en los sistemas
hídricos, a través de los vertimientos de contaminantes de la industria, la agricultura y los
asentamientos humanos. Los contaminantes más importantes son: tóxicos de diferente
naturaleza, metales pesados, plaguicidas, materia orgánica, nutrientes y agentes
patógenos (INEGI, 1994).
Kemmer y John (1995), maneja los contaminantes que incluyen a los sólidos disueltos
que exceden a los 5 mg/l como primarios: Bicarbonato, Calcio, Cloruro, Magnesio,
Materia Orgánica, Sodio, Sílice, Sulfato y Sólidos Totales Disueltos. Éstos son la suma de
todos los materiales disueltos en el agua y tiene muchas fuentes minerales. Su rango
usual es de 25-5000 mg/l. El límite sugerido en los suministros de agua doméstica,
basados en la potabilidad, es de 500 mg/l. El efecto principal sobre los procesos industriales es limitar el grado al cual se puede
concentrar el agua antes de que se deseche. Las concentraciones elevadas de STD
afectan el sabor de las bebidas. La conductividad eléctrica relacionada tiende a acelerar
los procesos de corrosión. Se logra una reducción en sólidos disueltos mediante una
reducción en los componentes individuales.
25
2.6.1.1 Metales pesados Según Drever (1988), los metales pesados son aquellos que tienen una densidad mayor
de 5 g/cm3, como el Plomo, Zinc, Cobre, Fierro, Manganeso, Mercurio, Cadmio, etc. El
origen de algunos metales pesados en mantos acuíferos está asociado con procesos
naturales, también en muchos casos es por actividades humanas. Los dos procesos
naturales más importantes que aportan metales pesados al agua natural son la lixiviación
del suelo e intemperización química. Los metales son utilizados de distintas maneras
como materia prima para numerosos productos industriales o como catalizadores en
procesos químicos. Algunos son constituyentes de fertilizantes o pesticidas, los cuales
son distribuidos sobre grandes áreas para actividades agrícolas o industriales.
Los metales pesados pueden actuar como contaminantes en desechos sólidos, líquidos o
gaseosos. Importantes cantidades de algunos metales pesados son colocados libremente
por la combustión de combustibles fósiles. Los desechos gaseosos, encargados de
propagar la contaminación en lapsos muy cortos de tiempo sobre grandes áreas,
usualmente contienen pequeñas cantidades de algunos metales pesados, por ejemplo el
Plomo de los escapes de automóviles. Las aguas residuales, especialmente de origen
industrial, frecuentemente contienen metales pesados. Los desechos sólidos arrojados y
los residuos de las minas, en los procesos de minerales y operaciones de fundidoras son
principales fuentes generadoras en elevar las concentraciones localizadas de metales
pesados en aguas subterráneas (Encinas, 1998).
2.6.1.2 Químicos orgánicos Los químicos orgánicos introducidos en el ciclo geoquímico de la tierra contaminan el
agua subterránea. Los hidrocarburos halogenados (Alcanos halogenados, olefinas,
bencenos, etc.) son, entre los contaminantes, los más vistos en el agua subterránea
(Encinas, 1998).
Los químicos orgánicos están presentes en los desechos líquidos municipales e
industriales. Cualquiera de ellos puede contaminar el agua subterránea por fugas
ocasionales de desagües y canales o por disposición intencional en aguas superficiales;
por infiltración desde tanques sépticos; por dispersión de fertilizantes y plaguicidas; o por
inyección al acuífero. Los químicos orgánicos en desechos, sólidos y lodos, cuando son
dispuestos en rellenos sanitarios, son lixiviados por la lluvia y percolados hasta el agua
26
subterránea. El manejo inapropiado de los desechos frecuentemente causa
contaminación de aguas subterráneas.
Los gases industriales y domésticos y el polvo continental contienen químicos orgánicos
tales como hidrocarburos e hidrocarburos halogenados que pueden alcanzar el agua
subterránea, después de disolverse en la lluvia y percolarse en el subsuelo.
Los plaguicidas usados en la agricultura y en los bosques para el control de organismos
perjudiciales son principalmente compuestos orgánicos sintéticos. Ellos son encontrados
en las aguas subterráneas en muy bajas concentraciones. Debido a su uso extensivo y
su persistencia, la contaminación de las aguas subterráneas por plaguicidas es más
probable por herbicidas, insecticidas y nematicidas (Encinas, 1998).
Los plaguicidas han sido encontrados en muchos abastecimientos de aguas
subterráneas. Tal es, un reciente estudio referente a los plaguicidas detectados por
Gonzáles y Canales (1995), en el agua subterránea del Valle del Yaqui.
2.6.1.3 Causas de contaminación del agua subterránea Encinas (1998), menciona que la contaminación del agua subterránea generalmente se
relaciona con las actividades del hombre en la superficie, y que las causas pueden
dividirse en un número de grupos distintos, como lo son:
• Contaminación de origen urbano
• Contaminación por mal acabado sanitario de pozos
• Contaminación de origen industrial
• Contaminación de origen agrícola
27
2.6.2 Fuentes de contaminación Los contaminantes entran al ambiente de manera natural: Comúnmente la salinización del
agua por contacto con sedimentos marinos y salinos, o por la incorporación de sustancias
que forman los yacimientos metalíferos (Pb, Hg, Zn y Cu), los no metalíferos, radiactivos y
petrolíferos además de la disolución de oligoelementos como Fluor y Arsénico, a partir de
sedimentos de origen volcánico (Loess Pampeano). Puesto que la contaminación de las
aguas subterráneas son consecuencia de actividades inapropiadas para utilizar la
superficie. Las fuentes puntuales descargan contaminantes en zonas específicas a través
de tuberías, acequias o alcantarillas a cuerpos de agua superficial (fábricas, plantas de
tratamiento de aguas negras, etc.)
Las fuentes no puntuales son grandes áreas de terrenos que descargan contaminantes al
agua superficial y subterránea sobre una región extensa, y partes de la atmósfera donde
los contaminantes son depositados en las aguas superficiales. Los ejemplos incluyen
vertimientos de sustancias químicas en el agua superficial además de la infiltración desde
tierras de cultivo, tierras urbanas y suburbanas, depositación ácida, etc. Resulta mucho
más fácil y barato identificar, monitorear y controlar la contaminación de fuentes fijas que
las no fijas ampliamente dispersas.
La migración de los contaminantes desde la superficie hasta la base de los acuíferos
tiende a ser un proceso lento y puede demorar muchos años, incluso varias décadas,
antes de que se haga notorio en los abastecimientos de las aguas subterráneas (Foster,
1987).
Esto conduce a cierta complacencia en lo que respecta a los riesgos de contaminación del
recurso hídrico subterráneo, pero esta forma vital del capital natural de la Tierra es fácil de
agotar porque se renueva muy lentamente; a la escala humana del tiempo, la
contaminación del agua subterránea puede ser considerada permanente. La
recuperación de los acuíferos contaminados casi siempre resultará en una operación
costosa y lenta, con frecuencia impracticable, trayendo como consecuencia el abandono
de los escasos recursos de aguas subterráneas con un considerable costo económico
(Encinas, 1998).
28
2.6.3 Agricultura y contaminación La actividad agrícola puede contribuir con tres tipos de contaminantes: sólidos en
suspensión, organismos vivos y componentes químicos (Sagardoy, 1992). Los sólidos en
suspensión provienen de los procesos de erosión de suelos producto de malas prácticas
agrícolas. Los elementos químicos son aportados principalmente por la fertilización, la
aplicación de plaguicidas y el agua de riego. Algunos de estos elementos se fijan en el
suelo y no se sabe mucho de su efecto a largo plazo, pero antes de que ellos lleguen
hasta las masas de agua y, dependiendo de la concentración que tengan, pueden
representar un serio problema para el uso posterior de los recursos.
El uso frecuente de la agricultura requiere de mayor cantidad de fertilizantes y plaguicidas,
tal es el punto que se han logrado alarmantes aumentos en la concentración de esto en
las aguas, lo que representa un peligro potencial para los usuarios, si el agua no es
tratada adecuadamente. Por otra parte, la agricultura por si sola tiene pocas posibilidades
de agregar organismos vivos, especialmente los de carácter patógeno. Sin embargo, los
residuos de muchas agroindustrias y algunos procesos de cosecha también pueden
aportar cantidades considerables de material orgánico que afecta la calidad del agua.
El aumento de la salinidad en suelos que afecta al rendimiento de los cultivos, pues la
concentración de sales y el efecto del ión sodio ocasionarían severos daños sobre las
plantas además con el tiempo podría afectar la permeabilidad del suelo degradando con
ello su calidad (González y Rivera, 1997).
La presencia de elevadas concentraciones de sal en el agua de riego es un factor de
estrés para la planta, que enfrenta un doble problema: tener que obtener agua de un
suelo que tiene un potencial osmótico negativo y encontrarse en un medio de
concentraciones potencialmente tóxicas de iones carbonato y cloruro. Esto se traduce en
una reducción del crecimiento y metabolismo y repercute en la producción agrícola.
29
2.7 Desalación de aguas salinas Los procesos de desalación de agua están basados en la separación de impurezas
disueltas en el agua.
Un mecanismo se encarga de separar el agua salina de tal forma que, por un lado se
tiene agua con baja concentración de sales disueltas, cuyo flujo de agua es potable y por
el otro lado agua con una elevada concentración de sales o salmuera, la cuál es
desechada por el sistema.
A continuación se enlistan y explican tres procesos fundamentales de desalación
propuestos por Mallevialle en 1998:
• Procesos de destilación, estos se basan en la separación de los componentes no
volátiles. El agua hierve y deja las sales atrás, al condensar el vapor se obtiene
agua con una baja concentración de sales.
• Procesos por membrana, este otro tipo se basa en las propiedades que presentan
cierto tipos de membranas permitiendo el paso a moléculas de un cierto tamaño a
través de sus poros. Fenómeno físico o de la difusión.
• Procesos de congelación, este último se basa en las propiedades de las
diluciones.
Desde 1960 el desarrollo de las membranas sintéticas asimétricas se ha incrementado
rápidamente, tanto los procesos de membrana para el tratamiento de agua como el de
las aguas residuales; estas tecnologías son objeto de importantes investigaciones y
desarrollos a nivel internacional, así como de gran actividad comercial y aplicaciones a
gran escala. El crecimiento global de las membranas aplicadas a la ingeniería
medioambiental según Mallievalle (1998) se le atribuye a tres factores:
1. Incremento de la presión jurídica que regula el tratamiento tanto para las aguas
potables como para las residuales.
2. Incremento de la demanda de agua, esto es explotar recursos de menor calidad
que los utilizados previamente.
3. Fuerzas de mercado que rodean el desarrollo y comercialización de las
tecnologías de membrana, así como de las industrias de aguas residuales.
30
Una membrana semipermeable, es una lámina de material capaz de separar sustancias
en función de sus propiedades físicas y químicas, aplicándosele una fuerza a través de la
misma. Las membranas pueden clasificarse según Mallievalle (1998), por el tipo de
sustancias separadas y por las fuerzas directoras empleadas, tales como:
• Microfiltración (MF)
• Osmosis Inversa (OI)
Estos dos tipos de membranas utilizan la presión para transportar agua a través de la
membrana. Las Membranas MF son capaces de separar partículas, mientras que las de
OI retienen muchos solutos a medida que el agua pasa a través de las membranas. La
electrodiálisis (ED) también separa solutos iónicos del agua, pero aquí los iones se
transportan a través de la membrana y la fuerza impulsora es un potencial eléctrico
(Mallevialle, 1998).
El agua de mar y el agua subterránea salina han llegado a ser las fuentes principales de
agua desalada en las regiones áridas de Medio Oriente, lo cuál nos muestra dos tercios
de la capacidad mundial de plantas desaladoras. El escenario de la desalación fue
dominado hasta 1970 por la tecnología de la destilación. Desde entonces las mejoras de
la OI y la ED han aportado gran numero de aplicaciones. En 1988 había 1,742 plantas de
OI, el 49% del total de plantas desaladoras del mundo. La ED se aplica ahora en 564
plantas, un 16% del total. La OI y la ED representan, aproximadamente, el 23 y el 5%
respectivamente, de la capacidad mundial de desalación. La ultrafiltración (UF) y la
Microfiltración (MF), son las tecnologías de pretratamiento efectivo para la desalación.
Las cifras reflejan claramente la competitividad creciente de las tecnologías de
membrana. La razón de esta tendencia es que el costo real de la tecnología de
membrana (particularmente OI) ha decrecido firmemente durante las últimas décadas.
Las regiones áridas que están alejadas de los servicios de suministro de agua, cuentan
con los suministros subterráneos. Pero, las aguas subterráneas en regiones áridas son
ricas en minerales resultando inadecuadas para el consumo humanos sostenido. Altas
concentraciones de Sólidos Totales Disueltos (STD) pueden dar sabores inaceptables al
agua, pudiendo afectar el sistema digestivo de los consumidores sensibles y tener
impactos económicos importantes, debido a corrosiones y depósitos incrustantes. La
31
Organización Mundial de la Salud recomendó un límite superior de la concentración de
STD en el agua potable de 1,000 mg/l.
Los problemas de suministro de agua en este tipo de zonas puede resolverse por medio
de la desalación de aguas presentes, no solo para consumo humano, sino también para
mantener la reserva de agua. La instalación de desalación debería ser preferiblemente
resistente, fácil de operar y de mantener. La OI y la ED han demostrado ser opciones
variables. Aunque el costo de desalación de agua salobre por OI y ED es aún muy alto
contra el costo de tratar el agua por medios convencionales, es una alternativa
económicamente factible contra el transportar aguas a largas distancias (Malleviale,
1998).
El método de desalación por Osmosis Inversa resulta más económico y práctico, pues no
requiere de energía calorífica, sino energía mecánica. Cualquier método que se emplee,
la eficiencia de él dependerá de la cantidad de agua alimentada entre la producida,
también de la relación del tipo de energía a utilizar, pudiendo ser eléctrica, mecánica y/o
calorífica. La economía de los procesos de desalación variará dependiendo del tipo de
energía a utilizar. Los procesos de desalación resultarán económicos si la fuente de
energía a utilizar es de bajo costo (Balcazar, 2000).
2.7.1 Métodos de desalación A continuación se enlistan algunos métodos propuestos por Balcazar (2000), para la
desalación de agua salina utilizados con más frecuencia en México.
• Destilación
• Humidificación
• Congelación
• Químicos
• Membranas
32
2.7.2. Tratamiento de agua por ósmosis inversa 2.7.2.1 Factores que afectan la operación y la vida útil de las membranas de ósmosis inversa: La presión excesiva bloquea y deforma la membrana. El bloqueo reduce la porosidad de
la membrana y como consecuencia se baja la producción de agua.
La hidrólisis es el efecto causado por los químicos en la membrana por agua de
alimentación, esto sucede cuando la temperatura del agua es alta y el pH es menor a 2.5
ó mayor que 7. Para una mejor durabilidad de la membrana, el pH tiene que estar entre 5
y 6.
Si la bacteria crece en la membrana, se dañará la primera tapa de esta misma trayendo
como consecuencia una mala eficiencia, pues se reducirá la habilidad de rechazar la sal
en la membrana.
Las temperaturas mayores de 95º F generalmente, no son aceptadas ya se pueden ver
afectadas las estructuras de soporte de la membrana, el bloqueo acelerado y los grados
de hidrólisis. La producción de la membrana aumenta y disminuye proporcionalmente en
función de la temperatura. Los efectos de temperatura en unidades de Osmosis Inversa
en el sistema de diseño es importante considerar la temperatura del agua de
alimentación. Las unidades son medidas de flotador de producción a 77º F (25º C). El
flotador de producciones se reduce a temperaturas bajas. En promedio, las membranas
perderán 1.8% de producción aproximadamente por cada grado más abajo de 77º F.
El Bloqueo, es uno de los problemas más comunes en Ósmosis Inversa. Eso quiere
decir: Las sales (Calcio, Carbonato, etc.,) Las cuales se precipitan en la membrana.
Estas sales bloquean los poros y canales, reduciendo el nivel de producción de agua.
2.7.2.2 El sistema de Osmosis Inversa El sistema de Osmosis Inversa está compuesto de dos partes, la bomba de alta presión
(200 PSI max) y las membranas. La producción inicial de agua purificada es calculada
con esta presión.
Water Tec (2002), dice que la membrana de Osmosis Inversa, utiliza las propiedades
únicas de membrana semi-permeable, para permitirle al fluido pasar, mientras restringe el
paso de material iónico disuelto. Con la presión que se aplica a el agua impura en el lado
33
de tales materiales de la membrana, el agua pura la traspasará, dejando atrás las
impurezas. El rechazo de los materiales iónicos es una función del peso molecular y
carga iónica. Por ejemplo, tomando en cuenta el 90% del rechazo del cloruro de sodio,
que quiere decir que el producto de agua que pasa por la membrana, tendrá una
concentración de sal aproximada de un décimo del agua que se filtro. El rechazo de
carbonato de calcio (Dureza) estará entre el 95%, mientras que la mayor parte de las
sales metálicas serán rechazadas en un promedio de 98 y 99%.
El rechazo de los no iónicos y el material orgánico se realiza por medio del filtrado
mecánico. La mayoría de las substancias con peso molecular mayor de 100 será
completamente rechazado por una membrana intacta de Osmosis Inversa. Las moléculas
orgánicas de menor peso molecular, tales como formaldehído o fenol, pasan libremente
por la membrana de Osmosis Inversa como también la mayoría de los gases disueltos, los
aceites, sólidos suspendidos y cualquier partícula, son mecánicamente filtrados como ya
se mencionó anteriormente además de los virus, bacterias y moléculas orgánicas mas
grandes. Para separar el material rechazado de la superficie de la membrana, el lado que
alimenta la membrana de Osmosis Inversa es enviada a una fuerte presión, la cuál va de
2 a 5 veces mayor al producto corriente. Esto evita el bloqueo de la superficie de la
membrana y reduce la tendencia de que se forme una capa de residuo (Water Tec, 2002).
El sistema está cuidadosamente diseñado para hacer que las mínimas corrientes que
entran en las membranas sean mantenidas. Este factor es importante para el buen
funcionamiento de la membrana. La razón para esto es, mientras que el agua pura que
pasa por la membrana bajo presión, deja atrás, en la superficie de la membrana, un alto
porcentaje de substancias disueltas, originalmente encontradas en el suministro de agua.
La capa de protección se vuelve mas concentrada dentro del sistema. La membrana
tiende a rechazar el constante porcentaje de todo lo que encuentra, por ejemplo, si el
agua esta en contacto con la membrana está a 100 ppm, entonces el agua purificada que
pasa por la membrana en ese momento será 5 ppm (5%). En un punto mas lejano dentro
de la membrana, el agua que sube a la superficie estará en 500 ppm, entonces el agua
purificada que pasa por la membrana en ese punto será cerca de 25 ppm (5%). Para
mantener suficiente corriente en movimiento alrededor de la membrana, el agua
suspendida, tiende a ser expulsada por el sistema con efectividad.
34
Mientras menos importancia le demos al suministro de agua, mejor será la calidad de
agua producida. En otras palabras, mientras mas lenta sea la recuperación de agua
rechazada, mejor será la calidad del agua.
En algunos casos, los beneficios económicos para la producción de una mejor calidad de
agua deja atrás el costo del agua rechazada. Un ejemplo de esto sería que el agua de
Osmosis Inversa se pase por una columna de desionización y hacerla más pura.
Pueden existir beneficios a largo plazo operando a un más bajo porcentaje de agua
recuperada, reduciendo el mantenimiento del sistema y minimizando problemas
subsecuentes.
El agua que se produce en este sistema es a presión atmosférica, regularmente a un
tanque ventilado de almacenamiento. En general, no puede ser operado abriendo y
cerrando la línea de producción de agua (al menos que tenga una salida de presión), es la
razón por la que la alta presión en el sistema lleva el agua a la superficie de la membrana.
Para prevenir el daño alas membranas, se conecta una válvula de revisión se conecta (en
tanques con presión) en la línea de agua producida y cuando el sistema se apaga, la
presión trasera se sella.
Las membranas trabajan hasta con 400 PSI de presión, pero este sistema solo utiliza 200
PSI.
Cuando el sistema de Ósmosis Inversa es apagado, el suministro de agua está apagado,
el agua que cruza tiende a tener el mismo contenido de mineral que el agua que es
suministrada, así, la primera prueba obtenida después que se enciende resulta con mayor
contenido de mineral, hasta que el mismo sistema la expulsa después de unos segundos.
La cantidad de agua producida con el sistema de Ósmosis Inversa es tan efectiva como el
suministro de agua que se recibe. Por ejemplo, si entra agua a 50 ppm, el agua purificada
puede ser entre 2 y 5 ppm (90-95% de rechazo de minerales disueltos) cuando el
suministro de agua comienza a 500 ppm, el agua producida variará entre 25 a 50 ppm.
Normalmente se usa conductor de medida de 3 sólidos disueltos el cual es usado para
medir el contenido de mineral de la producción de agua.
La evaluación de la efectividad de costos de un proyecto es normalmente precaria, el
período de amortización es anormalmente largo y la voluntad de asumir riesgos en el
diseño es limitada. La competencia restringida entre los diseñadores de las plantas y los
fabricantes no incentivan la adopción de medidas alternativas. Sin embargo, los
municipios están contratando compañías privadas, para hacer funcionar y mantener las
35
plantas de tratamiento además de diseñarlas y construirlas. Estas situaciones llevan a
planear diseños más innovadores. Otro factor a tomar en cuenta es la apertura de
mercados mundiales, debido al gran crecimiento del mercado interno de Japón,
particularmente en el tratamiento industrial y de aguas residuales. Las ventas en 1984 en
equipos de tratamiento de agua en Japón duplicaron las de Estados Unidos. Este
crecimiento está unido a un ambicioso programa de investigación que incrementa la
disponibilidad de que Japón pueda hacerse cargo de una mayor cuota del mercado
mundial de tratamiento, esto hará que las empresas sean más innovadoras en el
desarrollo de nuevas tecnologías (Mallevialle, 1998).
III. MARCO METODOLÓGICO
3.1 Localización de la zona de estudio Sonora se ubica en el noroeste de México; posee un área de 182,052 km2 (Balcazar, 2000)
limita al norte en una extensión de 588 km con los Estados Unidos de América, al este con
Chihuahua en 420 km, al sureste con Sinaloa en 100 km, al noroeste con Baja California en
90 km (Castillo et al, 1999) y al oeste cuenta con 1,207 km de litoral delimitado por el Mar de
Cortés; sus cuatro tipos de mareas alcanzan un volumen de 123,000 km3.
Según información estadística de INEGI (1993), la extracción anual de agua subterránea en
el estado de Sonora asciende a 2,855.4 millones de m3, de los cuales el 9.3% se emplea
para actividades agrícolas, 4.8% en uso doméstico y comercial, 1.5% en la industria y el
0.7% restante para otros fines (pecuario, recreativo, etc.).
El Valle del Yaqui incluye una sección de la planicie costera del Golfo de California en el
noroeste de México con una extensión aproximada de 2,500 km2, esta se encuentra ubicada
en la porción media de la zona Sur del Estado de Sonora, México con una localización
geográfica de 26º 45’ a 28º 00’ Latitud Norte y 109º 15’ a 110º 45’ de Longitud Oeste, Como
se muestra en la Figura 5 (González y Marín, 2000) incluye a los municipios de San Ignacio
Río Muerto, Bacum, Cajeme, Benito Juárez y parcialmente Navojoa, Guaymas y Etchojoa.
37
Colinda al SE con el valle del Mayo, al NO con el valle de Guaymas, al SO con el Golfo de
California y NE con la Sierra Madre Occidental.
(a)
(b) Figura 5. (a) Ubicación de la zona de estudio y
(b) Cuenca Hidrológica del Río Yaqui, Sonora (González y Marín, 2000).
En el Valle del Yaqui se encuentran los Distritos de Riego 041 del Río Yaqui y el 018 de las
comunidades yaquis, la zona concentra las actividades económicas de la región
destacándose, entre otras, la agricultura con aproximadamente 233,000 hectáreas de riego
(González et al, 1998). Es en esta área donde, por llevarse a cabo prácticas de agricultura
intensiva y de explotación de agua subterránea se efectúan estudios que permiten tener
datos para realizar un diseño de desalación de agua para consumo humano, en zonas donde
las fuentes de abastecimiento de aguas subterráneas contengan concentraciones salinas
superior a lo permitido por las normas del agua potable (Encinas, 1998).
38
Con la presente investigación se complementará la información necesaria para evaluar la
instalación de equipos de ósmosis inversa en cinco comunidades del Valle del Yaqui, con el
fin de desalinizar agua subterránea necesaria para uso potable ya que son varias las
comunidades rurales que están siendo afectadas por falta de agua que cumpla con los
requerimientos necesarios para que ésta sea potable.
3.2 Materiales, reactivos y equipos Los materiales, equipos y reactivos utilizados para los diferentes análisis fisicoquímicos de
aguas que se llevaron a cabo en éste estudio son los que se enlistan a continuación.
Reactivos:
• EDTA
• Negro de eriocromo
• Muerxida
• Verde de bromocresol
• Fenoftaleína
• Hidróxido de Sodio
• Cloruro de Bario
• Cloruro de Potasio
• Nitrato de Plata
• Solución Amortiguadora a pH 10 (NH3, NH4Cl-).
Materiales:
• Pipetas volumétricas terminales de 5 ml
• Pipetas volumétricas subterminales de 10 ml
• Buretas de 25 ml
• Matraz Erlenmeyer 200 y 250 ml
• Vasos de precipitado de 50 y 100 ml
Equipo:
• Fotómetro de flama: Cole-Parmer, modelo 2655-00
• Potenciómetro: Orion 720, con electrodo combinado
• Conductimetro: Termo Orion 115
• Parrilla de calentamiento: Lab-line 1268
• Posicionador Global (GPS): Magallon
39
3.3 Muestreo Para el muestreo de análisis fisicoquímicos se emplearon envases de plástico con capacidad
de 1 litro. Las muestras fueron colectadas directamente de los pozos accionando los
equipos de bombeo. Además se transportaron al laboratorio en hieleras a una temperatura
aproximada de 4ºC.
Para el muestreo de los pozos se tomaron los siguientes datos, según Arizona Water
Resources Research Center (1995):
• Localización geográfica
• Numero del pozo
• Fecha, hora
• Temperatura del agua
• pH
• Conductividad eléctrica
El período de muestreo se realizó durante Septiembre del 2002, en la tabla 4 se listan los
pozos estudiados y en la figura 6 se observa el plano en el cual se localiza el Valle del Yaqui.
Tabla 4. Localización de los pozos de muestreados.
Localización Geográfica en UTM (m) Lugar
Coordenada Este Coordenada Norte
Campo 77 “Primero de Mayo” 587321 3030017
Campo 5 “Cuahutemoc” 597422 3034987
Tobarito 608810 3027975
Marte R. Gómez 603993 3015822
Paredón Colorado 605940 2995570
40
41
3.4 Metodología Aplicada 3.4.1 Mapeo de la salinidad del acuífero
• La información fue obtenida de un banco de datos del Departamento de Ciencias del
Agua y del Medio Ambiente del ITSON y corresponden a los últimos muestreos
realizados en pozos del Valle del Yaqui. La información compilada corresponde a las
coordenadas Este y Norte así como de STD.
• Construcción de un mapa digital usando el software SURFER versión 7.0, en el cual
se clasificaron los siguientes niveles de salinidad según Custodio y Llamas 1998 y
CNA 2000.
a. Agua dulce: deseable, menos de 550 mg/l de STD
b. Agua salobre: tolerable, de 550 a 1,000 mg/l de STD
c. Agua salobre: 1,000 a 5,000 mg/l de STD
d. Agua salina: más de 5,000 mg/l de STD
e. Agua de Mar: hasta 35,000 mg/l de STD
3.4.2 Priorización para la selección de poblaciones a estudiar
• Con datos obtenidos de INEGI 2000, se tomaron en cuenta aquellas poblaciones del
Valle con un número de habitantes mayor o igual a 2,000; localizando su posición
geográfica y superponiéndolos con el mapa de salinidad para visualizar poblaciones
que cuentan con pozos salobres.
• Selección de pozos con agua salobre, fuente de abastecimiento de una población con
mayor número de habitantes. Priorizando según la siguiente ecuación:
Índice de Selección = (0.3)(Habitantes) + (0.7)(STD)
• Se descartan zonas que muestren concentraciones menores a 1,000 ppm de STD, ya
que es el rango permitido por la ley (CNA, 2000).
3.4.3 Parámetros a analizar
• Todos los que se muestran en la Tabla 5.
• Se compararon resultados obtenidos con los permitidos por la ley según la CNA,
2000.
42
3.4.4 Remoción de sales
• Calculo el porcentaje de remoción en meq/l del equipo de osmosis inversa ubicado en
el Paredón Colorado, Sonora, con la siguiente fórmula:
100*Re% ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=
CrudaAguai
TratadaAguaiCrudaAguaiimoción
donde:
i = Concentración del ión a remover
• Con los datos de eficiencia de la planta de Paredón Colorado, se extrapoló la
información para una planta en los demás poblados para evaluar la remoción de cada
uno de los iones en cada poblado del Valle del Yaqui en los cuales los niveles de
salinidad sobrepasan los 1000 mg/l de STD.
• Obteniendo así, resultados estimados del porcentaje de remoción de cada población
si se contara con una planta de osmosis inversa.
Tabla 5. Métodos analíticos para muestras de agua (WPCF, APHA y AWWA,1992).
PARÁMETRO MÉTODO CLAVE
Cloruros Argentométrico 4500-Cl- B
Potencial Hidrógeno Electrométrico 4500-H+ B
Dureza Total Titulométrico de EDTA 2340 C
Sulfatos Volumétrico *
Conductividad eléctrica Electrométrico 2510 B
Sólidos Totales Disueltos Electrométrico 2540 A
Calcio Titulométrico de EDTA 3500-Ca D
Magnesio Diferencia entre dureza total y calcio 3500-Mg E
Sodio Método fotométrico de emisión de flama 3500 Na D
Potasio Método fotométrico de emisión de flama 3500 K D
Alcalinidad Volumétrico 2320 B
* De la Peña, I. (S.F.)
IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES Los resultados finales se muestran continuación, se podrá observar primeramente los mapas
de la zona de muestreo así como la interpretación de cada uno de ellos, calculo de los
parámetros analizados, la interpretación de ellos y finalmente la discusión de los mismos. Se
anexa también en este capítulo, las posibles alternativas en cuanto al manejo del equipo de
ósmosis inversa, para economizar gastos de los reactivos además el impacto ambiental para
la salmuera.
4.1 Salinidad del acuífero del Valle del Yaqui La distribución de la salinidad de las aguas subterráneas del Valle se muestra en la Figura 7
en donde se identifican las zonas de agua dulce, salobre tolerable, salobre y salina. Los
datos puntuales con los que se construyó el mapa de salinidad del acuífero están en el
Anexo 1 de este documento.
En la Figura 7 se muestra el mapa de STD distribuidos en el Valle del Yaqui, el cual se ve
representado por isolineas. De manera general se pueden apreciar las zonas que
sobrepasan los 5,000 mg/l de STD que corresponden a aguas salinas, también se distinguen
efectos sobre el fenómeno de intrusión salina ya que dicha zona está muy próxima a la
costa. Las zonas que contienen entre 1,000 y 5,000 mg/l de STD son aguas salobres. La
Con formato: Numeración yviñetas
Eliminado: IV.
Eliminado: DISCUCIONES
Eliminado: S
Eliminado: arrojados
Eliminado: ,
Eliminado: ¶
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Eliminado: f
Eliminado: 1
Eliminado: 6
Eliminado: La figura 1
Eliminado: el anexo 2
Eliminado: f
Eliminado: 6
Eliminado: y
44
distribución de las aguas salobres es amplia, y se observa que algunos pueblos importantes
por la cantidad de habitantes se localizan en esas zonas, además la desalación de este tipo
de aguas es más redituable que desalar aguas salinas o del mar por los costos de
tratamiento. Este trabajo se enfoca a evaluar el proceso de desalación de aguas salobres,
aplicando criterios de prioridad, según la población servida. Las que van de 550 hasta 1,000
mg/l de STD representan las aguas salobres tolerantes (CNA, 2000) y las menores de 550
mg/l de STD son aguas dulces (Custodio y Llamas, 1998). También se puede apreciar el
gran número de pozos con los que el Valle del Yaqui cuenta actualmente así como la
distribución de cada uno de ellos.
4.2 Cálculo del índice de selección A continuación la tabla 6 muestra los resultados obtenidos de las zonas en las cuales se hizo
el muestreo de aguas de pozo. Para la selección de los lugares de muestreo se
consideraron tres puntos:
• Que los Sólidos Totales Disueltos sean mayor o igual a 1,000 (límite permitido por la
CNA (2000) para consumo humano).
• Que el número de habitantes fuera mayor o igual a 2,000 por población.
• Que las poblaciones no cuenten con planta potabilizadora de agua superficial.
Los lugares que no cumplieron con estos tres puntos fueron descartados para muestreo,
quedando así sólo cinco poblaciones en las cuales se llevó acabo el muestreo de aguas de
pozos.
Las poblaciones de Cd. Obregón, Esperanza, San Ignacio Río Muerto y Antonio Rosales
fueron descartadas para muestreo, pues cuentan actualmente con una planta potabilizadora
de agua.
Los poblados Villa Juárez, Cócorit, Francisco Javier Mina (Campo 60), Quetchehueca,
Providencia, San José de Bácum y Bácum no se muestrearon, pues los niveles de salinidad
en esas zonas están por debajo de los 1000 mg/l, siendo este el límite máximo permisible
para agua potable, según CNA (2000).
Con formato: Numeración yviñetas
Con formato: Numeración yviñetas
Eliminado: ¶<sp>
Eliminado: 8
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Eliminado: a considerar
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Eliminado: s.
... [1]
45
Eliminado: ¶
46
Tabla 6. Cálculo del índice de selección Coordenada
Este Norte Población Habitantes
(30%)* STD
(70%)* Índice de selección
601392 3040352 Cd. Obregón 250,790 900 75,867 605507 3052243 Esperanza 32,415 1,000 10,425 595683 3026442 Pueblo Yaqui 13,956 1400 5,166 616308 3001786 Villa Juárez 13,841 700 4,642 610620 3027501 Tobarito 8,547 1,400 3,544 603993 3015822 Marte R. Gómez 8,547 1,400 3,544 602011 3050126 Cocorit 8,198 800 3,019 575341 3032003 San Ignacio Río Muerto 6,937 1,022 2,797 587626 3038061 Francisco Javier Mina “Campo 60” 5,668 700 2,190 604325 3016396 Quetchehueca 3,267 900 1,610 599459 3043157 Providencia 4,635 850 1,986 613653 3026531 Antonio Rosales 2,260 1,800 1,938 597370 3035177 Cuahutemoc “Campo 5” 2,572 1,600 1,892 605940 2995570 Paredón Colorado 2,532 1,370 1,719 587321 3030017 Primero de Mayo “Campo 77” 2,250 1,100 1,445 585140 3044000 San José de Bacum 3,884 700 1,655 591136 3047831 Bacum 3,611 700 1,573
* Porcentaje de prioridad
En la figura 7 se observa como quedó distribuida finalmente la zona de muestreo, siendo
solo 5 poblados. También se distinguen aquellos poblados que cuentan con planta
potabilizadora, y mediante las isolineas de sólidos totales se contemplan los lugares a
muestrear que sobrepasan el límite permisible.
4.3 Caracterización de la calidad del agua de los pozos salobres. Tobarito, Marte R. Gómez, Quetchehueca, Campo 5, Paredón Colorado y Campo 77, son los
lugares que se abastecen solo con agua de pozo, la cual sobrepasa los límites permisibles
de salinidad. Es en estos pozos donde se justifica un proceso de desalación, por lo cual se
caracterizó la calidad del agua.
Para evaluar la efectividad del proceso de desalación, se seleccionó el poblado de Paredón
Colorado, ya que cuenta con una planta de ósmosis inversa, además de que el agua de pozo
que abastece a este lugar sobrepasa considerablemente los límites de salinidad.
Con formato
Eliminado: ¶
Eliminado: 8
Eliminado: Obregón
Eliminado: ¶
Eliminado: el anexo 3
Eliminado: la figura 2…e puede …r
Eliminado: .
Eliminado: que marca la CNA (200) siendo éstos 1000 mg/l.¶
Eliminado:
540000
2990
000
3000
000
3010
000
3020
000
3030
000
3040
000
3050
000
3060
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3070
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3080
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TM
(met
ros)Eliminado: ¶
Eliminado: E
Eliminado: P
Eliminado: , razón por la cuál fue seleccionado para la evaluación de la efectividad del proceso
... [3]
... [2]
47
Tabla 7. Calidad del agua de cinco poblados del Valle del yaqui y comparación de límites
permisibles según CNA (2000).
La tabla 7 muestra los resultados obtenidos de los análisis de las muestras de agua
comparándolos con los límites permisibles que marca la CNA.
De acuerdo con el pH, ninguna de las cinco muestras sobrepasa el límite permisible.
Respecto a los STD, dos muestras no sobrepasan del límite permisible que marca la CNA.
Mientras que Campo 77, Campo 5 y Paredón Colorado están por arriba de los 1000 mg/l. En
cuanto a Dureza Total, sólo Campo 77 sobrepasa los 500 mg/l, siendo este el límite máximo
que marca la CNA (2000). En relación a los Sulfatos, sólo las muestras del Campo 77 y
Campo 5 sobrepasaron el límite permisible (250 mg/l) que marca la CNA (2000). Respecto a
Alcalinidad, todas las muestras analizadas quedan dentro del margen permitido, pues están
por debajo de los 400 mg/l de CaCO3. Únicamente las muestras de Campo 77 y Paredón
Colorado sobrepasaron considerablemente el límite marcado por la CNA para cloruros.
El criterio para seleccionar las aguas a desalinizar es que al menos una de las normas de
CNA (2000) no se cumpla.
4.4 Desalación de aguas subterráneas salobres Como se muestra en la figura 8, la eficiencia del proceso de ósmosis inversa de Paredón
Colorado parte del análisis de un balance de masa para cada parámetro analizado por el
laboratorio, tanto de agua tratada como del agua de salmuera que se desecha en el proceso.
La tabla 8 muestra los resultados analíticos de la entrada (agua cruda) y salidas (agua
tratada y salmuera), así como los porcentajes de remoción de los parámetros a evaluar.
Norma Campo 77 Campo 5 Tobarito Marte R. Gómez
Paredón Colorado
pH 6.0 - 9.0 7.34 7.74 7.84 7.87 8.20 STD (mg/l) 1000 1770 1173 896 957 1370 Dureza Total mg/l como CaCO3 500 920 370 250 300 100
Sulfatos (mg/l) 250 346 466 173 125 48 Alcalinidad mg/l como CaCO3 400 150 260 235 240 50
Cloruros (mg/l) 250 652 147 248 248 816
Eliminado: En la tabla 7 se muestran los resultados obtenidos de los análisis de las muestras de agua comparándolos con los límites permisibles de la CNA.¶
Eliminado: 5
Eliminado: (CNA,2000)
Eliminado: 30
Eliminado: .00
Eliminado: <sp>¶
Eliminado: .00
Eliminado: …
Eliminado: (…)
Eliminado: .00
Eliminado: …/l
Eliminado: En l…se …n…de ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: 4.2. Caracterización de la calidad del agua de los pozos salobres.¶
Eliminado: ¶¶ yAntonio Rosales actualmente¶¶Los poblados de Benito Juárez, Cócorit, Campo 60 (Francisco Javier Mina), Providencia, San José de Bacum y Bacum no se muestrearon, pues los niveles de salinidad en esas zonas están por debajo de los 1000 mg/l.¶
Eliminado: ¶Tobarito, Marte R. Gómez,
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: En la
Eliminado: siguiente
Eliminado: tabla 9 se
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: estan
Eliminado: 3.
Eliminado: 6
Eliminado: 3…10…
... [9]
... [4]
... [11]
... [13]
... [5]
... [10]
... [14]
... [8]
... [6]
... [12]
... [7]
... [15]
48
Figura 8. Balance de Masa del proceso de desalación de Paredón Colorado
Ecuación general: Entrada - Salida =0
Entrada – Salida 1 – Salida 2 = 0
M1Q1- M2Q2 – M3Q3 = 0
100*1M
2M1MSTD%Remoción
100*CrudaAguai
TratadaAguaiCrudaAguaii%Remoción
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−=
−=
de
La siguiente tabla muestra el porcentaje de remoción obtenido de cada ión en el equipo de
ósmosis inversa del Paredón Colorado.
Tabla 8. Porcentaje de remoción calculado para Paredón Colorado.
pH C.E.
(цs/cm) STD (mg/l)
Ca++
(Meq/l)
Mg++
(Meq/l)
Na+
(Meq/l)
K+
(Meq/l)
CO3=
(Meq/l)
HCO3-
(Meq/l) SO4
=
(Meq/l)
Cl- (Meq/l)
M1 Agua cruda 8.2 2710 1370 1 1 20 0.1 0 0.67 1 22.5
M2 Agua tratada 8.9 87.6 41 0 0 1.1 0 0 0.33 0.05 0.76
M3 Salmuera 8.4 4460 2320 4 1.2 38 0.3 1.74 1.34 7.2 37.0
% Remoción* 96.7 97 100 100 94.5 100 0 49.2 95 96.5 * Relación entre agua cruda y tratada
Como se puede observar, el proceso de desalación por ósmosis inversa es excelente, ya
que remueve más del 97% en la mayoría de los parámetros evaluados. Solo es poco
eficiente en la eliminación de bicarbonatos (49%) y esto se puede explicar mediante la
siguiente reacción química (O’Neill, 1993).
SISTEMA O.I. Paredón Colorado
Entrada M1= Agua cruda Q1 = 34
minl
Salida 1 M2= Agua tratada Q 2= 11
minl
Salida 2 M3= Salmuera Q3= 23
minl
Con formato
Eliminado: ¶
Eliminado: 6
Eliminado: 3
Eliminado: pH:¶Ninguna de las 6 muestras pasa del rango permisible. Los rangos están dentro de 6.0 y 9.0.¶¶STD:¶Las seis muestras pasan del límite permisible que marca la CNA, pues todas son mayores a los 500 mg/l.¶¶Dureza Total:¶Sólo 4 de las 7 muestras sobrepasan los 1000 mg/l en STD, mientras Tobarito 2, 3 y obviamente el agua tratada están por debajo del limite permitido.¶¶Sulfatos:¶El 50% de las muestras sobrepasaron el límite permisible (250 mg/l) que marca la CNA.¶¶Alcalinidad al Verde de
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: <sp>
Eliminado: ¶
Eliminado: <sp>
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: ¶
Eliminado: 10
Eliminado: R
Eliminado: -
Eliminado: Paredón
Eliminado: Є= Indeterminado
Eliminado: ¶
Eliminado: en
Eliminado: un
Eliminado:
Eliminado: en este proceso
Eliminado: ,
Eliminado: .
... [17]
... [18]
... [19]
... [16]
... [20]
49
El CaCO3 que es añadido durante el proceso para ablandamiento parcial, reacciona en
presencia de agua formando iones Calcio y Carbonato (Ec.1). El Carbonato reacciona con el
agua formando bicarbonato y iones hidróxido. En la Tabla 8 se observa que el pH del agua
tradada es más elevada que el agua cruda (Ec. 2).
El ión Bicarbonato que contiene el agua cruda de forma natural, más el que se agrega por el
proceso de ablandamiento parcial, por el tamaño de sus átomos tiene dificultades para
atravesar la membrana osmótica. Es así como se explica que el proceso de ósmosis inversa
no sea eficiente en la remoción de bicarbonatos.
STD: En donde M = mg/l (1370
lmg )(34
minl ) – (41
lmg )(11
minl ) – (M3)(23
minl ) = 0
lmg
l
mg
ll
mgll
mgl
M 005,2
min23
min129,46
min23
41min
111370min
34
3 ==
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
=
Como se puede apreciar en la Tabla 8, el valor de M3 calculado, no coincide con el obtenido
en los análisis de laboratorio, esto se debe a que los reactivos agregados durante el proceso
de ósmosis inversa en el Paredón Colorado no son necesarios o se están agregando de en
mayor cantidad a la necesaria por el mismo proceso, además dichos reactivos solo hacen
que la salmuera salga con una concentración mayor a la del agua cruda.
El agua del poblado Paredón Colorado que se obtiene después del proceso de ósmosis
inversa no contiene la cantidad suficiente de sales que el cuerpo necesita.
Debido a los reactivos innecesarios agregados durante el proceso, el agua de salida
(salmuera) contamina el agua de dren en el cual desemboca esta salmuera.
CaCO3 (sólido) Ca+2
(aq) + CO3-2
(aq) Ec. (1) CO3
-2 + H2O HCO3
- + OH- Ec. (2) Con formato
Con formato
Eliminado: ¶¶
Eliminado: CO2 + H2O HCO3
- + H+
Eliminado: El bicarbonato contenido en los pozos reacciona con el agua formando ácido carbónico en forma de precipitado, es así como se explica la baja eficiencia de remoción de bicarbonatos en este proceso, puesto que hay reacción química el bicarbonato no se remueve, si no se convierte en ácido carbónico.¶
Eliminado: P
Eliminado: Para
Eliminado: Ca++
Eliminado: 1 está dado en
Eliminado: eq
Eliminado: .0686
Eliminado: 0
Eliminado: .3562
Eliminado: 2.7124
Eliminado: t
Eliminado: 10
Eliminado: o
Eliminado: ó
Eliminado: ¶
50
El equipo de ósmosis inversa instalado en el Paredón Colorado, no necesita de filtros y
suavizadores para la obtención de un agua potable que cumpla con lo estipulado por Ley.
La Tabla 9 muestra los resultados que derivan de la utilización del porcentaje de remoción
(Tabla 8) para el cálculo de salmuera y agua tratada supuestos. Y así poder conocer la
eliminación de cada uno de los parámetros de las poblaciones en donde no se cuenta con
una planta potalibizadora de agua.
Tabla 9. Valores de cationes y aniones mayores esperados en Septiembre del 2002.
C.E. (цs/cm)
STD (mg/l)
Ca++
(Meq/l) Mg++
(Meq/l)Na+
(Meq/l)K+
(Meq/l)CO3
=
(Meq/l)HCO3
-
(Meq/l)SO4
-
(Meq/l)Cl-
(Meq/l)
Agua cruda 2390 1770 13.6 4.8 5 0.2 0 2.01 5.4 18Agua tratada 79 53 0 0 0.27 0 0 1 0.27 0.63Salmuera 2311 1717 13.6 4.8 4.7 0.2 0 0.99 5.1 17.3
Agua cruda 1583 1173 4.5 2.9 10 0.1 0 3.4 9.7 4Agua tratada 52 35 0 0 0.55 0 0 1.7 0.48 0.14Salmuera 1531 1137 4.5 2.9 9.4 0.1 0 1.7 9.2 3.9
Agua cruda 1210 896 2.8 2.2 8 0.1 0 3.1 3.6 6.8Agua tratada 34 27 0 0 0.44 0 0 1.6 0.18 0.23Salmuera 1170 869 2.8 2.2 7.5 0.1 0 1.5 3.42 6.6
Agua cruda 1292 957 3.6 2.4 7 0.2 0 3.2 2.6 6.8Agua tratada 42 29 0 0 0.38 0 0 1.6 0.13 0.23Salmuera 1249 928 3.6 2.4 6.6 0.2 0 1.58 2.47 6.6
MARTE R. GOMEZ
CAMPO 77
CAMPO 5
TOBARITO
Para ver los cálculos de estas tablas ver anexo 3.
Como se observa en la tabla anterior, el agua tratada que se obtendría en estas poblaciones
sería demasiado baja en sales, es por eso que instalar un equipo de ósmosis inversa que
satisfaga las características que la zona requiera sería buena opción; o bien instalar un
equipo que no requiera de membranas tan finas, es así como se podrían disminuir los gastos
con una instalación optima del equipo.
Eliminado: s
Eliminado: s
Eliminado: t
Eliminado: s
Eliminado: s
Eliminado: , 10, 11 y 12
Eliminado: siguientes
Eliminado: n
Eliminado: n
Eliminado: ¶En este cálculo, se puede observar en la tabla 8, en lael ion Ca++ , M3 (salmuera) en Tabla 8 es mucho mayor. Esto se debe a los reactivos agregados durante el proceso de desalación por ósmosis inversa.¶¶¶¶¶¶¶¶¶¶¶¶
Eliminado: calculado en la t
Eliminado: 10
Eliminado: Para
Eliminado: ¶
Eliminado:
tratadAguacrudaAgua
Salmuera =
Eliminado: Campo 77.
Eliminado: -
Eliminado: Los cálculos de estas tablas están en anexo 3.
Eliminado: ¶Tabla 10. Valores de cationes
Eliminado: s
Eliminado: s
Eliminado: es
Eliminado: se debe
Eliminado: Re% ⎜⎝
⎛=Emoción
... [21]
... [22]
... [23]
Página 44: [1] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 14:08:00
Campo 5
San Ignacio R.M.
Cd. Obregón
3
6 6
7
9
12
19
22
27
38
4141
51
56
69
76
85
109
114114
116
129
130
132
154
158
160161
163163
164
167167
172
175
177
179
180180
189
195
203
207
211
220
227
231
255
288
300
309309
313
323
326
341
341
344
351
364
399
417
422
438438
442
443
449
469
474
475
476477
478
481481 483
484484
486
487
488
490
492
493
494
495
495
498
499500
504504509
513 514 514
515
525
526
531
532532
533
536536537
601
602
603
604604
605
606
607 608
610
612
613613
614
618618
620
621621
622622
625625
627628
629
630
633633 634
635
637637
640
645645
647 648649650
652
654
655
658
659
660
663
664
677
681682
684
693
709
711712 713726
763764
767
798
799
802
808
855
862
865
877
888
910
" Vivero de hornos"
3 00 RIEGO303 E. VICT
329 HUIVU
691( 891)
6 94-A6 94-B
92( 651)
A.B. B. JUA
A.P. J ECOP
A. P. S. I.R.M
A.P.E.MOR
A.P.P.YAQ
A. P.V. JUA
A. P.V. JUA
BACUM
BLOCK 611BLOCK 613
CAMPO 6
EJ. TERAS
FUN II
G. OJAI POR
S . BARB
VIVERO
Paredon C.
540000 550000 560000 570000 580000 590000 600000 610000 620000 630000 640000
Coordenadas Este UTM (metros)
2990000
3000000
3010000
3020000
3030000
3040000
3050000
3060000
3070000
3080000
Coo
rden
adas
Nor
te U
TM (m
etro
s)
Figura 1. Sólidos Totales Disueltos en el Valle del Yaqui, 2001.
Página 46: [2] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 14:10:00
la figura 2
Página 46: [2] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 14:10:00
e puede
Página 46: [2] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 14:10:00
r
Página 46: [3] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 14:11:00
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
700
800
900
1000
2000
3000
4000
5000
10000
15000
20000
3500
1250
1175
700
6250
1900
775
1925
18751350
750
1650
1800
1400
360
1600
900
650
1200
800
325031002274
3132
634
1000
3033
2071
4290
3759
1007
1352
560
1159
1433
1623
700
750
4700
1475
1975
2800 2850
1250
1800
850
1000
1350
574
3261
3193
1500
1050
1500
2400
6001600
750046002580
5500
2000
23501600
2150
2600 940 2400
2900
81004400
29001700
44501040 3000 22502900
2150
780
380
481
1693
7025
1940
1230
10502900
1560
6002650
1050 900 583
1800
1360
11331500
20000
2000
1288
2167
2393
12921673
767
1630
1600
5800
2000
1450
2030
20051675 5950
1370
675860
1012
570
610
425
1200
2450
2050
845
3560
380
2090
1000
4290
890
875
790
3650
400350
1000
22452050
2960
2930
2200
380
2900
57011001840
12001350
1760
770
5200
1110
2000
370
910 1845975
1350400
1690 4700 2410 16001640
2550
2550
3190
2500
4520
2112
1500
229511101260
850 890 1100 600
1310
8602000
900
1280
815
1400
700
1270
12001075
1780
380
430
400
750
850
1000
800
600
4750550
650
540000 550000 560000 570000 580000 590000 600000 610000 620000 630000 640000
Coordenadas Este UTM (metros)
2990
000
3000
000
3010
000
3020
000
3030
000
3040
000
3050
000
3060
000
3070
000
3080
000
Coo
rden
adas
Nor
te U
TM
(met
ros)
Figura 2. Sólidos Totales Disueltos del Valle del Yaqui, 2001.
Página 47: [4] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:01:00 Página 47: [4] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [4] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [4] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [4] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [4] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [5] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:02:00 Página 47: [5] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:01:00 Página 47: [5] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [5] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [5] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [5] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [5] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [5] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [6] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:02:00 Página 47: [6] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:02:00 Página 47: [7] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:01:00
.00
.37
2.59
.30
.04
.00
.00
5.60
5.60 2
.80
4.80
.00
( )
.00
Página 47: [7] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [7] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [7] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [7] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [7] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [8] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:03:00 Página 47: [8] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:03:00 Página 47: [8] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:01:00 Página 47: [8] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [8] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [8] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [8] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:04:00 Página 47: [8] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:05:00 Página 47: [9] Eliminado Rodrigo 29/11/2002 1:14:00
En l
Página 47: [9] Eliminado Rodrigo 29/11/2002 1:14:00
se
Página 47: [9] Eliminado Rodrigo 29/11/2002 1:14:00
n
Página 47: [9] Eliminado Rodrigo 29/11/2002 15:55:00
de
Página 47: [9] Eliminado Rodrigo 28/11/2002 18:05:00
Página 47: [10] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 14:18:00
Tobarito, Marte R. Gómez, Quetchehueca, Campo 5, Paredón Colorado y Campo 77,
son los lugares que se abastecen solo con agua de pozo, la cual sobrepasa los límites
permisibles de salinidad. Es en estos pozos donde se caracterizó la calidad del agua.
El Poblado de Paredón Colorado cuenta con una planta de ósmosis inversa, razón por
la cuál fue seleccionado para la evaluación de la efectividad del proceso, además de
que el agua de pozo que abastece a este lugar sobrepasa considerablemente los
límites de salinidad.
Página 47: [11] Eliminado Personal de Oficina 28/10/2002 10:58:00
.00
.00
.00
.00
.00
/l
.00
.34
6.78
7.89
7.89
5.42
Página 47: [12] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 14:11:00
tabla 9 se muestran los resultados obtenidos de los análisis de las muestras de agua
comparándolos con los límites permisibles de la CNA.
Tabla 9. Comparación de límites permisibles según CNA Ley Federal en Materia de
Agua Ene-2000 (mg/l).
Página 47: [13] Eliminado MARIO 12/11/2002 11:24:00
Tabla 7. Según CNA Ley Federal en Materia de Agua Ene-2000 (mg/l)
pH STD
Dureza
Total mg/l
CaCO3
Sulfatos
mg/l
SO4-
Alcalinidad
Verde
Bromocresol
mg/l CaCO3
Cloruros
mg/l Cl-
CNA, 2000 6.0 - 9.0
1000.
00 500.00 250.00 400.00 250.00
Campo 77 7.34
1770.
37 920 345.60 150.00 652.34
Campo 5 7.74
1172.
59 370 465.60 260.00 146.78
Tobarito 2 (pozo
#085) 7.84
896.3
0 250 172.80 235.00 247.89
Tobarito 3 (pozo#
082) 7.87
957.0
4 300 124.80 240.00 247.89
PC Agua Cruda 8.2030
1370.
00 100 48.00 50.00 815.42
PC Agua Tratada 8.9520 41.00 0 2.40 25.00 27.72
Salmuera 8.4900
2320.
00 260 345.60 100.00 1343.81
Página 47: [14] Eliminado MARIO 28/10/2002 23:55:00
Página 47: [15] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 13:04:00
3
Página 47: [15] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 13:03:00
10
Página 47: [15] Eliminado Rodrigo González 14/11/2002 13:03:00
Página 48: [16] Eliminado MARIO 27/10/2002 1:02:00
pH:
Ninguna de las 6 muestras pasa del rango permisible. Los rangos están dentro de 6.0
y 9.0.
STD:
Las seis muestras pasan del límite permisible que marca la CNA, pues todas son
mayores a los 500 mg/l.
Dureza Total:
Sólo 4 de las 7 muestras sobrepasan los 1000 mg/l en STD, mientras Tobarito 2, 3 y
obviamente el agua tratada están por debajo del limite permitido.
Sulfatos:
El 50% de las muestras sobrepasaron el límite permisible (250 mg/l) que marca la
CNA.
Alcalinidad al Verde de Bomocresol:
Todas las muestras analizadas quedan dentro del margen permitido, pues todas están
lejanas a los 400 mg/l de CaCO3
Cloruros:
Se encontró que en el 50% de las muestras analizadas sobrepasan
considerablemente el límite marcado por la CNA.
Tobarito 2 y Tobarito 3, se acercan un poco al margen pues tienen 247.89 mg/l de Cl-
pero no pasan los 250 mg/l de Cl- que es el limite permisible de la CNA.
Campo 5, no hay problema alguno, pues esta muestra solo tiene 146.78 mg/l de Cl-
contra 250 mg/l de Cl-, siendo este el limite permisible.
Se puede apreciar que el Campo 77, pasa los límites permisibles según la CNA en
STD, Sulfatos y Cloruros, siendo esta la muestra analizada, que no cumple con tres
de los 5 parámetros, en una fuente de abastecimiento para uso público rural según la
CNA.
Página 48: [17] Eliminado Rodrigo 29/11/2002 3:03:00
Página 48: [18] Eliminado Rodrigo 28/11/2002 20:19:00
Página 48: [19] Eliminado Rodrigo 28/11/2002 20:19:00
Página 48: [20] Eliminado Rodrigo 29/11/2002 12:04:00 Paredón Colorado
Página 50: [21] Eliminado MARIO 12/11/2002 13:20:00
En este cálculo, se puede observar en la tabla 8, en lael ion Ca++ , M3 (salmuera) en Tabla 8 es mucho mayor. Esto se debe a los reactivos agregados durante el proceso de desalación por ósmosis inversa. Tabla 8. Porcentaje de Remoción
C.E. (цs/cm) STD (mg/l) Ca++ (Meq/l) Mg++
(Meq/l)
Na+ (Meq/l) K+ (Meq/l) CO3
= (Meq/l) HCO3
- (Meq/l) SO4
- (Meq/l)
Salida 2 M3= Salmuera Q3= 23
minl
Cl- (Meq/l) 1 22.5
0.05 0.765
7.2 37.08
95 96.57
Página 50: [22] Eliminado MARIO 22/11/2002 22:20:00
Tabla 10. Valores de cationes y aniones mayores esperados en Campo 5. Sep-2002
Tabla 11. Valores de cationes y aniones mayores esperados en Tobarito. Sep-
2002Tabla 12. Valores de cationes y aniones mayores esperados en Marte R. Gómez.
Sept-2002
Página 50: [23] Eliminado MARIO 09/11/2002 22:11:00
100*Re% ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
EntradaSalidaEntradamoción
V.
%2.95100*5.22
77.05.22Re%
%95100*1
05.01Re%
%25.49100*67.0
34.067.0Re%
%0100*0
00Re%
%10100*1.0
01.0Re%
%5.94100*20
1.120Re%
%100100*1
01Re%
%100100*1
01Re%
%97100*1370
411370Re%
%78.96100*2710
6.872710Re%
4
3
3
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
−
−
−
=
+
+
++
++
Cldemoción
SOdemoción
HCOdemoción
COdemoción
Kdemoción
Nademoción
Mgdemoción
Cademoción
STDmoción
CEdemoción
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El agua del poblado Paredón Colorado después del proceso por ósmosis inversa, es casi
agua destilada, no tiene las sales suficientes que el cuerpo necesita. diariamente.Por los
químicos agregados durante el proceso, el agua de salida (salmuera) contamina al agua
del canal en el cual desemboca esta salmuera.
El equipo de ósmosis inversa instalado en el Paredón Colorado, no necesita de filtros y
suavizadores para la obtención de un agua potable que cumpla con lo que marca le ley.
RECOMENDACIONES
Hacer un análisis antes de comprar el equipo de ósmosis inversa, que cumpla con las
características del agua de dicha región. Esto, para evitar gastos innecesarios.
min7124.22
17854.3
min6
min3562.11
17854.3
min3
min0686.34
17854.3
min9
lgal
lgal
lgal
lgal
lgal
lgal
=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
-AGUA-
A pesar de su aparente abundancia, es un bien escaso
que derrochamos soin tino. Si queremos seguir
bebiendo y viviendo, hemos de tratar el agua como lo
que es: un tesoro
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Después de analizar los resultados se puede concluir lo siguiente:
• Existe un área importante para justificar un proceso de desalinización de aguas
subterráneas salobres.
• Persiste el problema de intrusión salina en el Valle del Yaqui que se localiza en la
zona costera al suroeste del área de estudio.
• Los pozos de Primero de Mayo (Campo 77), Cuahutemoc (Campo 5), Tobarito
Marte R. Gómez y Paredón Colorado, se encuentran fuera de normas en al menos
un parámetro por lo que se justifica un proceso de desalinización en sus pozos.
• El proceso por ósmosis inversa remueve el 97% en promedio de los iones
estudiados, excepto por el Bicarbonato el cual se remueve un 49.2%.
52
Para la implementación de un proceso de desalinización, se recomienda tomar en cuenta
las siguientes recomendaciones:
• Como se esperaba en el poblado de Paredón Colorado el agua de desecho del
proceso presenta mayor concentración en los iones analizados en comparación
con el agua de entrada, por lo que para todos los pozos en donde se aplique un
proceso de desalinización es necesario un estudio de impacto ambiental para
evitar una posible auto contaminación hacia los drenes en los cuales se descarga
dicha agua.
• Reconsiderar la alternativa de la instalación de una planta de ósmosis inversa para
las poblaciones en donde no se cuenta con una planta potabilizadora.
• Es importante la realización de un estudio previo al agua (análisis fisicoquímico)
antes de invertir en la instalación del equipo antes mencionado, que cumpla con
las características de calidad de agua potable para los habitantes de las zonas que
lo requieran de tal forma que se eviten gastos innecesarios como la compra de
reactivos.
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ANEXOS
Anexo 1. Número de pozo, localización geográfica y sólidos totales disueltos, 2001.
Anexo 2. Cálculo del porcentaje de error de análisis fisicoquímicos.
Anexo 3. Cálculo del porcentaje de remoción del proceso de ósmosis inversa.
Anexo 2. Cálculo del porcentaje de error de análisis fisicoquímicos.
%5100* <=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+−
=AnionesTotalCationesTotalAnionesTotalCationesTotalanálisisdeBalance
MUESTRA Ca++ Mg++ Na+ K+ CO3- HCO3
- SO4- Cl-
Total Cationes
Total Aniones % Error
Campo 77 13.60 4.80 5.00 0.20 0.00 2.01 5.40 18.00 23.60 25.41 -3.69 Campo 5 4.50 2.90 10.00 0.10 0.00 3.48 9.70 4.05 17.50 17.23 0.77 Tobarito 2 2.80 2.20 8.00 0.10 0.00 3.15 3.60 6.84 13.10 13.59 -1.83 Marte R. Gómez 3.60 2.40 7.00 0.20 0.00 3.22 2.60 6.84 13.20 12.66 2.10 PC-antes 1.00 1.00 20.00 0.10 0.00 0.67 1.00 22.50 22.10 24.17 -4.47 Pc-después 0.00 0.00 1.10 0.00 0.00 0.34 0.05 0.77 1.10 1.15 -2.22 Salmuera 4.00 1.20 38.00 0.30 1.74 1.34 7.20 37.08 43.50 47.36 -4.25
Según WPCF, APHA, AWWA (1992), el margen de error debe ser menor o igual a 5% para un análisis confiable.
Anexo 3. Cálculo del porcentaje de remoción del proceso de ósmosis inversa.
100*Re% ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
CrudaAguai
TratadaAguaiCrudaAguaiimoción
%2.95100*5.22
77.05.22Re%
95%100*10.051SOde%Remoción
49.25%100*0.67
0.340.67HCOde%Remoción
0%100*0
00COde%Remoción
10%100*0.1
00.1Kde%Remoción
94.5%100*20
1.120Nade%Remoción
100%100*1
01Mgde%Remoción
100%100*1
01Cade%Remoción
97%100*1370
411370STD%Remoción
96.78%100*2710
87.62710CEde%Remoción
4
3
3
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −=
−
−
−
=
+
+
++
++
Cldemoción
SalmueracrudaAguatratadaAguaSalmueratratadaAguacrudaAgua
crudaAguaremociónSalmuera
−==−−
=
0
100)(*%