PROPUESTA DE EMPRENDIMIENTO SOCIAL DE SOLUCIÓN

ADAPATADA LOW-COST PARA ASEGURAR AGUA DE CALIDAD

Y APTA PARA CONSUMO PARA CENTROS DE SALUD DE PAÍSES

DE RENTA BAJA.

Autor: González-Noaín Larrinaga, Antón

Director: Navas, Ricardo

Entidad Colaboradora: Universidad Pontificia Comillas

RESUMEN DEL PROYECTO

Introducción

El acceso al agua es un derecho humano, tal y como se declaró el 28 de julio de 2010.

Con la realización de esta Estación de Tratamiento de Agua Potable (ETAP) lo que se

pretende es contribuir a aumentar el número de personas en el mundo con acceso al

agua y saneamiento.

Cada día cerca de 1.000 niños mueren a causa de enfermedades diarreicas prevenibles

relacionadas con el agua y el saneamiento. Las Naciones Unidas crearon en 2015 los

Objetivos de Desarrollo Sostenible para erradicar la pobreza, proteger el planeta y

asegurar la prosperidad para todos. Un objetivo, entre otros, para 2030 es lograr el

acceso universal y equitativo al agua potable a un precio asequible para todos.

Centrándonos en nuestro país de intervención, Senegal es un estado soberano de África

Occidental y se sitúa en el puesto 170 del IDH (Índice de Desarrollo Humano) de un

total de 187, tratándose de un IDH bajo.

Planteamos empezar a desarrollar proyectos en la región de Saint Louis, menos poblada

que Dakar y que presenta características adecuadas para nuestros objetivos.

La motivación principal es ser capaces de cambiar las vidas a numerosos habitantes de

Saint Louis. Por ello, la potabilizadora que se diseñe debe ser económicamente viable y

se tratará de hacerla lo más adaptada posible a la realidad senegalesa.

Metodología

Como se ha comentado, la instalación se va a realizar en Saint Louis, Senegal. Es decir,

nos encontramos en un país en vías de desarrollo por lo que prima una instalación cuyos

costes sean bajos y que el mantenimiento posterior no requiera de conocimiento

técnicos.

La planta se diseñara para un centro de salud. Con la vista puesta en el futuro se

sobredimensionara el consumo de agua potable considerando que el centro de salud

aumentará el número de pacientes que puede acoger.

Los tratamientos que debemos desarrollar para abastecer con agua de calidad y apta

para el consumo a un centro de salud, son aquellos que hagan que el agua que reúna la

calidad y características exigidas por la O.M.S. (Organización Mundial de la Salud).

Las fases que pueden ser incluidas en dichos tratamientos son las siguientes:

Figura 1: Fases usuales en una ETAP

Desbaste

Aireación

Pretratamiento químico

Sedimentación

Resinas de intercambio iónico

Coagulación y floculación

Sedimentación de partículas floculadas

Filtración

Desinfección

La instalación se aprovechará de la radiación solar incidente mediante el uso de paneles

fotovoltaicos. De esta manera la planta potabilizadora será sostenible.

Se realizará un estudio de las distintas fases y dependiendo de la calidad de nuestra

muestra de agua, se elegirán unos tratamientos u otros.

Resultados

A partir de los datos de partida de nuestra agua bruta, elegimos las distintas fases. La

siguiente tabla indica qué parámetros del agua no cumplen con los exigidos por la

Organización Mundial de la Salud (O.M.S.) y por lo tanto se deben corregir.

Parámetros Valor Valor exigido por la

OMS

pH 6,7 6,5 – 8,5

Conductividad (µ.S/cm) 1700 2500

Alcalinidad (mg/L CaCO3) 30 -

Turbidez (UNT) 11 <5

Sólidos en suspensión 58,3 -

Aluminio (mg/L Al) 0,006 0,200

Cloruros (mg/L Cl) 147,000 250,000

Calcio (mg/L Ca) 71,000 -

Dureza Total (mg/L) 15,600 500,000

Nitratos (mg/L NO3) 189,000 50,000

Nitritos (mg/L NO2) 9,000 0,500

Amonicaco (mg/ L NH4) 0,130 1,500

Hierro disuelto (mg/ L Fe) 0,210 0,200

Manganeso (mg/L Mn) 0,017 0,050

Cadmio (mg/L Cd) 0,142 0,003

Cromo total (mg/L Cr) 0,042 0,050

Arsénico (mg/L As) - 0,010

Niquel (mg/L Ni) 0,048 0,020

Plomo (mg/L Pb) 0,005 0,010

Cianuros (mg/L CN) 0,017 0,070

Coliformes fecales (u.f.c/100ml) 21 0,000

Escherichia coli (u.f.c/100ml) 13 0,000

Estreptococos fecales (u.f.c/100ml) 136 0,000

Figura 2: Comparativa de las características de la muestra y las características exigidas por la

O.M.S.

Debido a la contaminación de la muestra y a las características del agua necesaria a la

salida de la E.T.A.P. las fases que contendrá la potabilizadora serán las siguientes (se

incluye una breve explicación de la necesidad de cada fase):

1. Aireación ya que el agua de la que disponemos es subterránea, por la tanto el

nivel de oxígeno será reducido. Además se oxidarán los minerales disueltos.

2. Sedimentación en la que se conseguirá que sedimenten tanto los sólidos en

suspensión como los precipitados formados en el proceso de aireación

eliminando así la turbidez.

3. Resinas de intercambio iónico en las cuales se consigue la eliminación de los

componentes iónicos encontrados en el agua bruta.

4. Filtración que consigue reducir la turbidez y el número de microorganismos

patógenos.

5. Desinfección / Cloración en la cual se matan los microorganismos causantes de

enfermedades.

A la hora de diseñar este proceso se llevan a cabo una serie de cálculos para determinar

las características de cada fase. El dato más importante para un correcto

dimensionamiento es el consumo de agua.

Disponemos de los parámetros de partida de un centro de salud como hemos

mencionado anteriormente, decidiremos sobredimensionar el consumo por un futuro

crecimiento de la demanda, si el hospital mejora sus servicios.

El caudal diario teniendo cuenta el rendimiento de la instalación es el siguiente:

𝑄𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 =3,469𝑚3

0,95 𝑑𝑖𝑎=

3,652𝑚3

𝑑𝑖𝑎→ 𝑄𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 =

3,66𝑚3

𝑑𝑖𝑎

A continuación explicaré brevemente el funcionamiento de la ETAP diseñada.

En primer lugar, se bombeará el agua del pozo hasta un depósito localizado sobre una

plataforma situada a una altura de 6 metros por encima del techo del centro de salud.

Con el fin de tener un cierto margen de autonomía, el depósito de dicha ETAP será de

6𝑚3.

El agua se bombeará hasta el depósito y con el objetivo de alargar la vida útil de la

bomba, se ha decidido controlar el llenado del depósito mediante dos electrodos de

nivel y un relé.

A la salida del depósito contaremos con una válvula para ajustar el caudal de entrada de

las siguientes fases y a partir de aquí el agua fluirá de una a otra por acción de la

gravedad, al tener entre ellas pequeñas diferencias de altura.

El agua caerá del depósito y entrará en la fase de sedimentación, durante esta caída

tendrá lugar la aireación. Por lo tanto el decantador se situará un metro por debajo de la

salida del depósito.

De esta manera, el agua al salir del decantador pasará por las resinas de intercambio

iónico, por el filtro y finalmente entrará en un depósito final. Con el objetivo de tener un

margen a la hora de consumir el agua potable, el tamaño del depósito final será de 6𝑚3.

La desinfección tendrá lugar en este depósito. El cloro se inyectará en el mismo a partir

de una bomba dosificadora controlada mediante un reloj temporizador.

Finalmente, llevamos a cabo la instalación fotovoltaica que supla de energía la

instalación.

A partir de los datos de la irradiación solar en Saint Louis se obtiene que la inclinación

óptima de la instalación fotovoltaica es de 17º y que las horas de pico solar son 5,59

horas.

Se decide fijar en 3 los días de autonomía de la instalación en los que los paneles

fotovoltaicos no reciban irradiación. Al situarnos en un caso desfavorable aseguramos el

correcto funcionamiento de la instalación.

Determinamos el consumo energético que va a estar definido por la bomba principal, el

relé, la bomba dosificadora, y por el reloj temporizador. El consumo eléctrico es de

1225,22𝑊ℎ.

Obtenemos la potencia pico y el consumo máximo de la instalación:

𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜 =𝐸

𝐻𝑆𝑃 ∗ 𝜼panel=

1,23𝑘𝑊ℎ

5,59ℎ ∗ 0,9= 245𝑊 ; 𝐶𝑡𝑚𝑎𝑥 =

𝐸𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑛𝑜𝑚=

1603,69𝑊ℎ

12𝑉= 133,64𝐴ℎ

Finalmente escogemos 2 paneles fotovoltaicos de 200W y 3 baterías de 250 Ah y

debido a que todas las cargas serán alimentadas en continua se necesita un regulador. El

conexionado es el siguiente:

Figura 3: Esquema eléctrico de la instalación

Conclusiones

Analizaremos si la instalación es viable. Para ello considerando 20 años de vida útil de

la potabilizadora, calcularemos a cuanto sale el litro de agua potable a partir de los

costes de material (9531,26), los costes de mantenimiento debidos a las resinas, cloro y

baterías (1372,00), y los litros de agua potabilizada (26718𝑚3).

Obtenemos un valor de 0,043𝑐€/𝑙 bastante inferior al precio medio del agua que en

estos países de África Central gira en torno a 1𝑐€/𝑙.

Podemos concluir que nuestra potabilizadora es económicamente viable y el

mantenimiento habitual es sencillo y no requiere de conocimientos técnicos avanzados.

Referencias

[UNAD13] Universidad Nacional Abierta y a Distancia, “Diseño de plantas

potabilizadoras”, Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio

Ambiente. 2013.

[ICEX15] España Exportación e Inversiones (ICEX), “Ficha – País 2015 –

Senegal”, Gobierno de España. Ministerio de Economía y

Competitividad. 2015.

[PRAD16] Beatriz Pradillo, “Parámetros de control del agua potable”, Licenciada en

Química. 2016.

[ICAI--] Fundación Ingenieros ICAI para el desarrollo. Estandarización de la

metodología de diseño.

[OREL05] Jorge A. Orellana, “Características del agua potable”, Ingeniería Sanitaria

– UTN – FRRO. 2005.

[OMS06] Organización Mundial de la Salud, “Guías para la calidad del agua

potable”, Primer apéndice a la tercera edición. 2006.

Páginas web:

Organización Mundial de la Salud (OMS)

Agua, saneamiento y salud (ASS):

http://www.who.int/water_sanitation_health/mdg1/es/

United Nations Development Programme

Human Development Reports - Senegal: http://hdr.undp.org/en/countries/profiles/SEN#

LOW-COST SOCIAL ENTREPRENEURSHIP PROPOSAL SOLUTION

TO PURIFY AND DELIVER CLEAN WATER FOR HEALTH

CENTRES SUITABLE FOR CONSUPTION IN LOW INCOME

COUNTRIES.

PROJECT SUMMARY

Introduction

Access to water is a human right, as it was declared on July 28, 2010. With this Water

Purification Plant (WPP), we intend to contribute to increase the number of people in

the world with access to water and sanitation.

Every day about 1.000 children die from preventable diarrheal diseases related to water

and sanitation. In 2015 the United Nations adopted a set of goals to end poverty,

protect the planet, and ensure prosperity for all as part of a new sustainable development

agenda. One objective, among others, for 2030 is to achieve universal and equitable

access to clean and safe drinking water, at an affordable price for all.

Focusing on our country of intervention, Senegal is a sovereign state of West Africa

and is ranked 170 in the HDI (Human Development Index) of a total of 187, it is a low

HDI.

The plan is to start developing projects in the Saint Louis region, as it is less populated

than Dakar and has better characteristics for our purposes.

Our main motivation is to change the life of the majority population of Saint Louis. To

achieve this, we need to design a WPP economically viable and adapted as much as

possible to the Senegalese reality.

Methodology

As mentioned, the installation will be carried out in Saint Louis, Senegal. In other

words, we are in a developing country whereby what matters is a low-cost installation

with post maintenance service easy enough not to need technical knowledge.

The water purifier will be designed for a health centre. With a view to the future, the

consumption of drinking water will be oversized considering that the health centre will

increase the number of patients to be attended.

The appropriate treatments that we must develop to remove disease-causing agents,

and supply with safe, clean and suitable water for the consumption to a health center

are those that meets the quality and characteristics required by the WHO (World Health

Organization).

The steps that we can use in water treatment are:

Figure 1: The most common steps used in a WPP

As the intention is to use photovoltaic panels, the installation will take advantage of

incident solar radiation. In this way the water treatment plant will be sustainable.

There will be a study of the different phases and depending on the quality of our water

sample will choose some treatments or others.

Roughing

Aeration

Chemical Pretreatment

Sedimentation

Ion exchange resins

Cogulation and

Flocculation

Floc particle settling

Filtration

Disinfection

Results

From the raw data of our unprocessed water we chose the different phases. The

following table indicates which water parameters do not meet those required by the

World Health Organization (WHO) and should therefore be corrected.

Parameters Value Value required by the

WHO

pH 6,7 6,5 – 8,5

Conductivity (µ.S/cm) 1700 2500

Alkalinity (mg/L CaCO3) 30 -

Turbidity (UNT) 11 <5

Suspended solids 58,3 -

Aluminium (mg/L Al) 0,006 0,200

Chlorides (mg/L Cl) 147,000 250,000

Calcium (mg/L Ca) 71,000 -

Total Hardness (mg/L) 15,600 500,000

Nitrates (mg/L NO3) 189,000 50,000

Nitrites (mg/L NO2) 9,000 0,500

Ammonia (mg/ L NH4) 0,130 1,500

Dissolved Iron (mg/ L Fe) 0,210 0,200

Manganese (mg/L Mn) 0,017 0,050

Cadmium (mg/L Cd) 0,142 0,003

Total Chromium (mg/L Cr) 0,042 0,050

Arsenic (mg/L As) - 0,010

Nickel (mg/L Ni) 0,048 0,020

Lead (mg/L Pb) 0,005 0,010

Cyanides (mg/L CN) 0,017 0,070

Faecal Coliforms (u.f.c/100ml) 21 0,000

Escherichia coli (u.f.c/100ml) 13 0,000

Faecal Streptococci (u.f.c/100ml) 136 0,000

Figure 2: Comparison of the characteristics of the sample and the characteristics required by the

WHO.

Due to the contamination of the sample and the characteristics of the water needed at

the exit of the WPP, the phases that the plant will include will be the following (a brief

explanation of the necessity of each phase is included):

1. Aeration, as the water we have is underground, so the oxygen level will be low. In

addition, the dissolved minerals will be oxidized.

2. Sedimentation, in which both the suspended solids and the precipitates formed in the

aeration process will sediment, thus eliminating turbidity.

3. Ionic exchange resins in which the removal of the ionic components found in the raw

water is achieved.

4. Filtration that reduces turbidity and the number of pathogenic microorganisms.

5. Disinfection / Chlorination in which disease-causing microorganisms are killed.

When designing this process, a series of calculations are carried out to determine the

characteristics of each phase. The most important piece of information for a correct

dimensioning is the consumption of water.

We have the starting parameters of a health centre, as we said before we will decide to

oversize consumption for future growth in demand if the hospital improves its services.

The flow, taking into account the performance of the installation, is as follows:

𝑄𝑑𝑎𝑖𝑙𝑦 =3,469𝑚3

0,95 𝑑𝑖𝑎=

3,652𝑚3

𝑑𝑖𝑎→ 𝑄𝑑𝑎𝑖𝑙𝑦 =

3,66𝑚3

𝑑𝑖𝑎

I will briefly explain the operation of the WTP designed.

First, the water from the well will be pumped to a reservoir located on a platform at a

height of 6 meters above the roof of the health centre. In order to have a certain margin

of autonomy, the tank of said WTP will be 6m³.

The water will be pumped to the tank. In order to extend the life of the pump it has been

decided to control the filling of the tank with two level electrodes and a relay.

At the exit of the tank there will be a valve to adjust the inflow of the following phases.

From this point onwards, the water will flow from one phase to the next by the action of

gravity.

The water will fall from the tank and enter the sedimentation phase, during this fall

aeration will take place. Therefore the decanter will be placed one meter below the exit

of the tank.

This way, the water leaving the decanter will pass through the ion exchange resins,

through the filter and finally enter into a final tank. In this case the size of the final tank

will be 6m³ in order to have a margin when it comes to drinking water. The disinfection

will take place in this tank. Chlorine will be injected into the tank from a metering

pump controlled by a timer clock.

Finally, we carry out the photovoltaic installation that supplies power to the installation.

From the data of the solar irradiation in Saint Louis we obtained that the optimum

inclination of the photovoltaic installation is of 17º and that the optimal peak solar

hours are 5,59 hours.

It is decided to set 3 days of autonomy of the installation in which the photovoltaic

panels do not receive irradiation. By considering an unfavourable case we ensure the

correct operation of the installation.

We determine the energy consumption to be defined by the main pump, the relay, the

dosing pump, and by the timer clock. The power consumption is 1225,22𝑊ℎ.

We obtain the peak power and the maximum consumption of the installation:

𝑃𝑝𝑒𝑎𝑘 =𝐸

𝐻𝑆𝑃 ∗ 𝜼panel=

1,23𝑘𝑊ℎ

5,59ℎ ∗ 0,9= 245𝑊 ; 𝐶𝑡𝑚𝑎𝑥 =

𝐸𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑛𝑜𝑚=

1603,69𝑊ℎ

12𝑉= 133,64𝐴ℎ

Finally we choose 2 photovoltaic panels of 200W and 3 batteries of 250 Ah and

because all the loads will be fed continuously, a regulator is needed. The connection is

as follows:

Figure 3: Electrical diagram of the installation

Conclusions

We will analyse if the installation is viable. To do so, considering 20 years of service

life of the water treatment plant, we will calculate the cost of a litre of drinking water

taking into account the material costs (9531,26), maintenance costs due to resins,

chlorine and batteries (1372, 00), and the litres of treated water (26718𝑚3).

We get a value of 0,043𝑐€/𝑙 well below the average price of water in these countries of

central Africa, which is around1𝑐€/𝑙.

We can conclude that our water treatment plant is economically viable and the regular

maintenance is easy and does not require advanced technical knowledge.