Diseño de piloto para planta de tratamiento de agua para países en vías de desarrollo, con la tecnología de filtrado de la zeolita. Caso práctico en Dida y Obe (Etiopía)

Abstract

El proyecto que aquí se introduce pretende dar solución a un problema sanitario endémico en varias poblaciones, como lo es la presencia del ion fluoruro en el agua, que provoca la fluorosis. Con dicha finalidad, se ha colaborado con la ONG ADS y con ICP-CSIC (Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC), para elaborar plantas de tratamiento que puedan acabar con dicha problemática. El fluoruro está presenta en los minerales y no se puede destruir. Se encuentra en las reservas acuíferas que tienen contacto con estos minerales de origen volcánico. Es así la manera que tiene el ion fluoruro de llegar al agua. Y una vez es ingerida, provocará la fluorosis. La OMS define como una enfermedad endémica en 25 países, incluido EEUU, aunque es especialmente peligrosa en África y Asia, donde la fluorosis no se trata ni se consigue evitar con métodos eficientes. Por lo tanto, la desfluorización es una prioridad sanitaria en regiones que sufren de la citada enfermedad. Otro factor a destacar de la fluorosis es que afecta al organismo de manera lenta y progresiva. Y los tratamientos ante dicha enfermedad son poco asequibles para las zonas que sufren de la toxicidad por fluoruro. En este proyecto se mostrarán datos económicos de las instalaciones. Es decir, las personas que sufren en mayor medida el impacto del fluoruro son las poblaciones rurales que tienen situaciones socioculturales bajas. El citado ion fluoruro se encuentra en el agua subterránea de toda la región del África subsahariana, aunque es más frecuente en la zona de África oriental, en especial en el valle del Rift. Esto se debe a que es una zona rica en fuentes geogénicas y sistemas volcánicos que han desprendido mucho fluoruro. Por ello Etiopía es un lugar con gran cantidad de fluorosis. Ahora, se pretende hacer una pequeña introducción a los distintos métodos que persiguen el filtrado del fluoruro del agua en países en vías de desarrollo y finalmente analizar el uso de la zeolita como filtro. En el caso del Valle del Rift que, como cita Dahi en su artículo “Africas’s U-turn in deflouridation policy: from the Nalgonda Technique to Bone Char”, es el denominado cinturón de fluoruro más grave del mundo, existen métodos para tratar de paliar esta enfermedad desde la antigüedad. El artículo resalta que en el Egipto se conocían tratamientos de desfluorización del agua con alúmina desde hace 3500 años, pero en países como Etiopía o Tanzania, sólo se comenzó a llevar a cabo procesos de filtrado durante el último quinto del siglo pasado. Durante este periodo, se siguió el ejemplo de Estados Unidos y de las experiencias de India, lideradas por el National Environmental Engineering Research Institute (NEERI), que desarrollaron y explotaron el método de la Nalgonda. Este método sería finalmente abandonado, ya que sólo funciona bien con bajas concentraciones de fluoruro. Además, el proceso químico no es entendido a la perfección, se generas toneladas de residuo y producen contaminación por la presencia del Al. Posteriormente, el método que se sigue usando en la actualidad en gran parte de este Valle del Rift es el Bone char. Este método consiste en tratar de usar el gran problema de la afinidad del fluoruro por entrar en los huesos a modo de solución. Es decir, usar huesos 8 de animales y materiales que puedan adsorber el fluoruro y reducir su concentración en el agua. El problema del Bone char es la eficiencia que puede tener, y su incapacidad de tratar corrientes de agua con fluoruros y altos niveles de biocarbonatos. A parte, otra problemática del Bone Char es la disponibilidad de huesos y la ineficacia en la calcinación de los mismos. En el caso de huesos muy calcinados, no se absorbe el fluoruro. Por el contrario, en huesos poco calcinados se da sabor al agua, procedente de los restos de materia orgánica. En resumidas cuentas, se puede apreciar que el reto de encontrar un método que se ajuste a las necesidades de la zona, que sea accesible, que sea barato y que sea eficiente, es una necesidad compleja pero necesaria. Es aquí donde la Zeolita, tras un pequeño proceso químico, tendrá un papel fundamental en el devenir sanitario del Valle del Rift. La Zeolita es un mineral formado por una estructura cristalográfica de AlO4 y SiO4. La Zeolita correctamente tratada puede ser una solución muy apropiada para el problema que aquí se trata. Ya que no todas las zeolitas son aptas para este fin, se requiere de un proceso que ha sido patentado desde el ICP-CSIC para que pueda garantizarse el correcto funcionamiento del filtro. Este proceso tiene como resultado una zeolita comercial, que se puede obtener en la página web de la patente. El nombre del producto es: “hindrop”. Es un material accesible y eficiente. Pero, además es un material barato debido a su abundancia y a lo sencillo de su obtención. Adicionalmente, la posibilidad de usar zeolitas usadas en la potabilización del agua como fertilizante agrícola, es también un atractivo de esta tecnología. Es decir, una vez que se han gastado las zeolitas y se ha eliminado el fluoruro, se pueden usar como fertilizante agrícola. ADS permitió probar esta tecnología en dos de sus pozos. Tras los primeros ensayos de laboratorio, Dida y Obe están siendo las dos poblaciones elegidas para probar en campo esta tecnología y los primeros resultados son muy positivos. El objetivo de la potabilización del agua, fue marcado previamente desde la Organización de las Naciones Unidas (ONU) como uno de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). El ODS 6, “Agua Limpia y Saneamiento”, se pretende buscar soluciones contra la falta de agua que padecen millones de personas. Según este organismo, hasta un 30% de la población mundial no tendría acceso a agua potable, con los consecuentes problemas que conlleva ello. De esta manera, proyectos con la finalidad de acercar agua a la población necesitada son necesarios para mantener el desarrollo humano y tratar de dar oportunidades a todo el mundo. Los objetivos de este trabajo son el de diseñar una nueva planta de tratamiento de agua que haga uso de la tecnología patentada por el ICP-CSIC para desfluorizar el agua y reducir la fluorosis. Además, se pretende, mostrar que la zeolita patentada por el ICPCSIC es un mineral adecuado para la elaboración de plantas de tratamiento en países en vías de desarrollo. Otros objetivos segundarios serían la mejora de las instalaciones actuales, la implantación de un mejor sistema operativo y el planteamiento de mejoras adicionales. Como paso inicial del trabajo, ha sido importante contextualizar Etiopía, para entender en su profundidad la finalidad del trabajo. Etiopía es un país africano que se encuentra en el Valle del Rift, en el cuerno de África y sin acceso a mar. En sus fronteras con el mar tiene a Eritrea, Yibuti y a Somalia, mientras que en el interior tiene a Kenia, Sudán del Sur y Sudán. En Etiopía, según la escala del IPM, ubicaba a Etiopía como “el segundo porcentaje más alto del mundo de personas que son IPM pobres, solo por detrás de Níger. Este dato hace que se ponga en duda las cifras ofrecidas por el gobierno de Addis Abeba, al igual que las proporcionadas por algunas instituciones internacionales como el Fondo 9 Monetario Internacional (FMI)”. La crisis política, unida a la crisis social del país, hace que las condiciones de vida en el país sean realmente difíciles. Todo sumado a una interminable guerra civil en el norte del país (Tigray). En lo que respecta al agua en Etiopía, hay un factor importante a destacar, que es la deficiente gestión de recursos, además de un crecimiento demográfico exponencial que condiciona esa gestión de recursos. Además, existe una constante falta de agua para la población. No solo de agua potable, si no de acceso a cualquier tipo de agua se convierte en un reto en muchas ocasiones. Existían recuentos gubernamentales que establecían las cifras de personas sin acceso a agua potable en cerca de 30 millones de personas a comienzos del siglo. Es fácil deducir que el aumento de la mortalidad y la disminución de la calidad de vida de manera grave son factores totalmente dependientes de la falta de acceso al agua potable. Por tanto, la aparición de tecnologías que logren hacer que las casas tengan acceso a agua tratada y que las mujeres no estén en la necesidad de dedicarse toda la vida a caminar decenas de kilómetros en la búsqueda de agua es también un elemento fundamental para su desarrollo educativo. Los dos actores principales de este proyecto son ADS y el ICP-CSIC. ADS tiene su foco en acercar el agua a la población etíope y por ello ha sido el promotor del proyecto que aquí se ha desarrollado. En primer lugar, se han desarrollado dos plantas en Obe y de Dida. Ambas poblaciones son mayoritariamente agrícolas y ganaderas, y tienen constante escasez de agua y de bienes de primera necesidad. Una vez que se identificaron las poblaciones con necesidades del agua tratada, y que además gozaban de una densidad de población suficiente para maximizar el alcance del proyecto. La construcción de las dos plantas, sumado al mecanizado del pozo de Obe suman un total de 67,260 €. En particular, la realización del pozo de Obe, que ha sido de 10,510€. ara analizar el funcionamiento de dichas plantas, se ha procedido a tomas de muestras. En ambas plantas, existe una corriente de agua no tratada destinada a la limpieza o la agricultura y otra corriente de agua tratada destinada a la alimentación y la cocina. Las medidas más importantes son las del agua tratada, pero también se mide la presencia del fluoruro en el agua sin tratar para poder tener base de comparación. Ilustración 1. Volúmenes de agua y de Fluoruros en las plantas de Dida y Obe. 10 Tras analizar las gráficas, se apreciaque el filtro funciona de manera correcta pero que una gestión ineficiente de la planta de tratamiento provoca que no se esté garantizando agua filtrada y limpia para la población local. Es por ello que se quiere plantear una mejora operativa de la planta. Con el objetivos de aportar soluciones a los problemas que se han planteado, se aportan 3 mejoras posibles al sistema. En el trabajo se desarrolla una estructura en Dida que cumple con dos condiciones. En primer lugar, funciona como escalera para que alguien pueda subir a la estructura a cambiar los filtros. En segundo lugar, estabiliza la estructura. En este caso, la mejora no es solamente estructural, sino que tiene carácter operativo. Es así puesto que esta estructura permitirá poder alcanzar el depósito y cambiar el filtro del mismo. Con el objetivo de indagar en esa mejora operativo, se plantea una solución para minimizar el problema. La solución pasa por conseguir que en vez de tener que sacar con una pala la zeolita de los depósitos, se pueda sacar toda la zeolita en pequeñas bolsas filtrantes. Es decir, al introducir la nueva zeolita, en vez de introducirla directamente en el depósito, se puede introducir en sacos que sean capaces de dejar fluir el agua, pero no pierdan zeolita. Esto encarece el proyecto pero aumenta exponencialmente la viabilidad del mismo. El depósito filtrante, podría poseer un canal de apertura inferior desde el que se pudiese vaciar de zeolita. El problema con este sistema es que aunque se hiciesen varios canales de vaciado del depósito, siempre habría una cantidad importante de zeolita que se quedaría en el mismo. Es por ello que el depósito a utilizar debería ser también diferente. Por último, se ha diseñado una nueva planta de desfluorización. Este es el diseño que empleará a partir de ahora en ADS y en numerosos proyectos del ICP-CSIC gracias al desarrollo de este trabajo. Para este proyecto, se ha pretendido crear un módulo más pequeño que se pudiese cargar en un tráiler, de tal manera que el transporte del mismo sea mucho más sencillo. Y además tendrá mejor comportamiento estructural. En la parte superior se mantiene el depósito principal del que se recoge directamente el agua subterránea. También se usarán los mismos depósitos que se usaron en Dida y Obe, que son depósitos de 5000 litros. Es por tanto una planta que tiene el mismo número de beneficiarios que tienen Dida y Obe, cercano a las 2200 personas. Para poder entender las mejoras del sistema que aquí se presenta respecto a los modelos que se planteaban con anterioridad se ha decidido compararlos desde tres perspectivas diferentes: Perspectiva técnica, perspectiva económica y perspectiva operacional. El punto de vista técnico es, en este caso, el más sencillo de comparar debido a que los principios técnicos son los mismos empleados para el diseño anterior. Se ha reforzado la estructura mediante un sobredimensionamiento de los perfiles. De esta manera el aumento de peso y la disminución de la altura serán soportados de igual manera. Desde una perspectiva económica, cabe recordar el precio de estas instalaciones en situaciones anteriores. El coste total de ambas plantas juntas fue de 56,750 €. Es decir, cada una de las plantas ha significado aproximadamente 30,000€. Al analizar los precios al detalle se puede apreciar que el precio de los materiales de la planta representa aproximadamente el 25% del coste total. Este precio podría ser reducido por el menor uso de material respecto a las plantas anteriores. Es decir, podría Ilustración 2. Modelo en Autocad de la planta piloto. 11 reducirse en un 30-40% este precio, lo que significaría una disminución de entre 7.5-10% del precio total, equivalente a unos 2,250€-3,000€. Además, se obtendrá un ahorro en recursos al poder montar en un tráiler todo el complejo y moverlo con menor dificultad que los anteriores. Aunque el verdadero problema viene al incluir el precio de los sacos filtrantes en el modelo. Estos aumentarán el gasto en no menos de 30% del coste total de la instalación. Lo que haría que el total de esta nueva instalación costase un 22%-24% más de lo que costaron las anteriores, pero ofreciendo unos resultados mucho mejores. El punto de vista operativo es el que presenta el gran avance de esta instalación. Hasta este momento las plantas habían sido poco operativas, hasta el punto de no poder cambiar el filtro de Dida, y es por ello que la posibilidad de un cambio de filtro sencillo, y la disminución de tamaño de la instalación que simplifica cualquier trabajo de mantenimiento de la instalación. Teniendo en cuenta los tres aspectos, pese al aumento del precio de la instalación debido a los sacos filtrantes (que en caso de no usarse implicarían una mejora en todos los aspectos analizados y además un precio menor, aunque son de uso recomendable), la planta ha pasado de ser una planta de uso local con una operatividad mala a ser una planta de tratamiento escalable y con grandes posibilidades. Todo lo aquí recogido permite presentar este proyecto de desarrollo como una oportunidad de permitir el acceso a agua tratada a decenas de poblaciones en Etiopía, y en el futuro, en cualquier país en vías de desarrollo. Además, se ha logrado dar respuesta a todos y cada uno de los objetivos fijados en los primeros compases del proyecto. Este proyecto puede ser optimizado mediante el desarrollo de una nueva tecnología filtrante que permita tener un filtro mejor para la instalación y a precio más asequible, así como analizando la durabilidad de los perfiles de las plantas y la vida útil de la planta para mejorarla. Este proyecto se apoya en la visión de Esther Dufflo, catedrática del MIT y Premio Nobel de Economía en 2019, que aborda los problemas de los países pobres de uno en uno y plantea soluciones “no paternalistas”. En vez de imponer una solución desde el primer mundo, se analizan estadísticamente los resultados de distintos experimentos y se establece el método científico para determinar las soluciones que más impulsan el desarrollo. Esto viene aquí recogido porque como línea futura de este proyecto, ya que cabría analizar su implantación en distintos países y medir el desarrollo de las poblaciones en comparativa con poblaciones que no han podido recibir el impulso de la planta de tratamiento. Es entonces, y solo entonces, será cuando podrá determinarse el éxito de este proyecto, y se podrá confirmar su aportación a las poblaciones más necesitadas.