Doctorand:
Sara Angrill Toledo
Bellaterra, 22 dejuny de 2010
PLUVISOST: Análisis ambiental del aprovechamiento de las aguas pluviales urbanas
Avaluació del Potencial de Captació de
Recursos Hídrics Locals en zones urbanes
Investigadors principals: Dr Xavier Gabarrell Dr Joan Rieradevall Dr Maria Rosa Rovira Dr Diego Varga Dr Gara Villalba Ms Sc Tito Morales Ms Sc Violeta Vargas Ms ScMohammad Hoque
ÍNDEX
1.
Presentació
2.
Projecte PLUVISOST
3.
Accions en curs
4.
Metodologia
5.
Altres projectes
Aprofitament d’aigües pluvials en barris mediteranis
de baixa i alta densitat
1. PRESENTACIÓ
Equip multidisciplinar: Enginyers químics, ambientòlegs, geògrafs,
enginyers agrònoms, arquitectes i dissenyadors industrials
Àrees d’investigació: Aplicades a sistemes industrials, urbans, agrícoles
i de serveis
Eines: Anàlisi de Cicle de Vida (ACV), Ecodisseny, Eco-eficiència, Compra Verda,
Sostenibilitaten sistemes agrícoles
Ecologia industrial, anàlisis de fluxos i de residus i sostenibilitat en sistemes urbans
SOSTENIPRA: Grup d’investigació en Sostenibilitat i Prevenció
Ambiental adscrit a la UAB
Centres:
- Departament d’Enginyeria Química de la UAB
- Institut de Ciència i Tecnologia Ambientals (ICTA) de la UAB - Institut d’Investigació i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA) - Spin-off: Inèdit
2. PLUVISOST:
Análisis ambiental del aprovechamiento
de las aguas pluviales urbanas
Investigador Principal: ‐ Dr. Xavier Gabarrell ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB. Equip d’investigació: ‐Dr. Joan Rieradevall ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB ‐ Dr. Gara Villalba ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB ‐ Dr. Maria Rosa Rovira ICTA. Dept. Economia Empresa. UAB ‐ Dr. Diego Varga Universitat de Girona ‐ Mohammad Hoque PIF. Dept. Enginyeria Química. UAB ‐ Tito Morales Pinzón Becari predoctoral. COLCIENCIAS ‐ VioletaVargas Becari predoctoral ‐ Sara Angrill Becari predoctoral. UAB E.P.O: ‐ Agència Catalana de l’Aigua ‐ Diputacióde Barcelona ‐ Inèdit (Dr. Carles Martínez‐Gasol) Col∙laboradors: ‐ Dr. Alejandro Josa Dept. Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica. UPC
2. PLUVISOST
MICINN. Ref. CTM2010-17365 Gener 2011-Desembre 20132. PLUVISOST
Objectius: ‐Quantificar el potencial quantitatiu i la qualitat dels recursos pluvials (fisicoquímica i biològica) en funciódels subsistemes urbans de captació. ‐ Adaptar i integrar eines d’anàlisi ambiental, com l’Análisi de cicle de vida (ACV) i l’exergètic, en l’anàlisis dels recursos hídrics alternatius. ‐ Avaluar ambiental i econòmicament diferents estratègies de gestiód’aigües pluvials a diferents escales. ‐ Plantejar i analitzar quines són les noves i millors estratègies d’aprofitament d’aigües pluvials a diverses escales en entorns urbans. ‐ Compararambiental i econòmicament l’aprofitament de pluvials amb les alternatives de referència (dessalinització, regeneració). ‐ Proposar accions per optimitzar l’oferta hídrica local de pluvials i reduir la dependència hídrica de les àrees urbanes. MICINN. Ref. CTM2010-173652. PLUVISOST
Àmbit d’estudi:
Lluvia
Superficies impermeables (1.cubiertas edificios, 2.viales rodamiento, 3.viales peatonales y espacios sin motorización, 4.aparcamientos)
Sistemas de acumulación Usos no potables energía materiales Escala VIVIENDA/EDIFICIO Captación cubiertas edificio (1) Captación generalizada (1, 2, 3, 4) Red de abastecimiento
agua no potable Red hacia estación de potabilización Sistemas de acumulación Usos no potables Red de abastecimiento agua no potable emisiones Red de captación Red de captación Red de captación Planta de
potabilización Usos potables
Escala BARRIO/CIUDAD A B C D X Indica la estrategia (ver Tarea 2) MICINN. Ref. CTM2010-17365
‐FarrenyR, GabarrellX, RieradevallJ (2011a) Cost efficiency of Rainwater Harvesting Strategies in Dense Mediterranean Neighbourhoods. ResourConserv Recycl. doi:10.1016/j.resconrec.2011.01.008
‐FarrenyR, GuisasolaA, Morales PinzónT, TayàC, RieradevallJ, GabarrellX (2011b) Roof selection for rainwater harvesting: quantity andquality assessment. Water Res. 10.1016/j.watres.2011.03.036.
MUNTATGE EXPERIMENTAL (Captació pluvials)
ANÀLISI
QUALITAT
Registre de:
• pluviometria
• període anterior sec
• vents predominants MOSTRES D’AIGUA PLUVIÒMETRE VENT ESTACIÓ METEO
ANÀLISI
QUANTITAT
TEULADA INCLINACIÓ DIPÒSIT PRECIPITACIONS ESCOLAMENT VOLUM ESCOLAMENT2. PLUVISOST
ACCIONS REALITZADES10
Teulades campus UAB
TEULA ÀRAB METÀL·LICA PLÀSTICA PLANA GRAVA Bellaterra (Catalunya)
2. PLUVISOST
ACCIONS REALITZADESQUANTITAT
•
Cobertes planes rugoses:
major abstracció
inicial (3,8mm)
•
Cobertes inclinades:
fins
50% més d’escolament
(RC>0,9)
QUALITAT
•
Qualitat
físico-química de l’aigua de pluja és, en general,
bona
.
•
Diferències
significatives entre teulades:
millor inclinades i llises
.
DISSENY URBÀ I PLANEJAMENT
•
Planejament urbanístic
pot incorporar rugositat i inclinació
teulades per:
– Optimitzar captació pluvials (inclinades llises)
– Reduir risc inundacions (planes rugoses)
2. PLUVISOST
ACCIONS REALITZADES3. Objectius
2. Justificació
3. ACCIONS EN CURS
amb l’objectiu de: Determinar el COEFICIENT D’ESCOLAMENT (RC) de cada superfície i determinar la captació potencial d’aigua pluvial de cada subsistema. Avaluar la QUALITAT de l’aigua de pluja recollida en funció de la superfície per la que
transita.
Estudiar els potencials subsistemes d’aprofitament d’aigua de pluja
en 7 superfícies urbanes de diferents característiques (vials de vianants, vials rodats i aparcaments)
3. ACCIONS EN CURS
Superficies d’estudi:
3 Vials de vianants i espais públics sense motorització
2 Aparcaments sense coberta
2 Vials amb rodament
Asfalt Formigó Llambordao panot
Asfalt Formigó
Muntatge experimental de recollida de mostres:
En cada subsistema objecte d’estudi s’instal∙laràun sistema de captaciód’aigües pluvials, un tanc
d’emmagatzematge, un sistema de recollida de mostres i un pluviòmetre(Fig).
Fig. Exemplede muntatgepera cadascunade les superficies
L’objectiu és recollir l’aigua de pluja d’una superfície petita (20 – 50 m2) i delimitada per a determinar la quantitat recollida i la qualitat d’aquesta aigua. El període de mostreig serà de 12 mesos per a cada subsistema i el nombre d’episodis de pluja a analitzar hauria de ser de 15 per punt de mostreig.
3. ACCIONS EN CURS
Figura 1.Localitzacióde les potencials superfícies d’estudi dins la Universitat Autònoma de Barcelona, enumerades d’acord amb la el codi de la Taula 2. 1 5 2 3 7 6 1 5
Després de fer una visita a les instal∙lacions del campus de la UAB es proposen 13 superfícies
de recollida a escollir d’entre les indicades a la Figura 1 i a la Taula 1.
Estàpendent de valorar la viabilitat tècnica de la instal∙lació i muntatge dels equips de mostreig per tal d’escollir les 7 superfícies més viables.
Taula 1.Selecciói descripcióde les potencials superfícies d’estudi en la Universitat Autònoma de Barcelona.
CODI TIPUS DESCRIPCIÓ SUPERFÍCIE (m2)
VIALS PER VIANANTS I ESPAIS PÚBLICS SENSE MOTORITZACIÓ 1 Asfalt Zona de vianants (Plaça cívica) 54,01 2 Formigó Vorera per vianants (SAF) 3 Panot Sortida d’emergències (CVC) VIALS AMB RODAMENT 4a Asfalt Vial (Cases Sert) 4b Vial (pàrquing Bombers) 4c Carretera (accés Vila) 4d Vial (FFCG‐Vila) 5 Formigó Entrada pàrquing (Vila2) 142,71 APARCAMENTS SENSE COBERTA 6 Asfalt Pàrquing (C. Comunicació) 7 Formigó Pàrquing (Fac. Ciències) Superfícieen operació actualment Superfície seleccionada en curs d’instal·lació Superfície sota valoració
Puntmostreig instal·lata
UAB
1 Ubicació: Zona de vianants, plaçaCívica.
2 Ubicació: Vorerapervianants, SAF.
3 Ubicació: Sortidad’emergències, CVC.
Puntmostreig instal·lata
UAB
5 Ubicació: Entrada pàrquing, Vila2.
6 Ubicació: Pàrquing, C. Comunicació.
7 Ubicació: Pàrquing, Fac. de Ciències.
3. Metodologia
2. Justificació
VIALS DE VIANANTS APARCAMIENTS SENSE COBERTA VIALS AMB RODAMENT Subsistemes d’estudi ACV Objectius i abast de l’estudi Anàlisi de l’inventari Anàlisi de l’impacte Interpretació 4.1 Diagrama metodològicDeterminació qualitativa i quantitativa
4. METODOLOGIA
L’ACV permet avaluar tots els impactes ambientals associats a un producte, un procés o una activitat mitjançant la comptabilitat i l’avaluació del consum de recursos i emissions associades a una unitat funcional definida
ACV: ISO 14040:2006 Software: SimaPro7.2 Base de dades: Ecoinvent2.1 Mètode: CML baseline2001 POTENCIAL CAPTACIÓ QUANTITAT QUALITAT US 1 Pluviometria PROVA PILOT Punts de mostreig Equips de recollida REVISIÓ BIBLIOGRÀFICA POTENCIAL D’AUTOSUFICIENCIA US 2 US 3 ANÀLISI Runoff Coefficient Superficie Demanda NO potable Volum excedents US 4 US 5
ANÀLISI QUANTITAT
• Model de regressió lineal escolament – precipitacions
• Estimació abstracció inicial de cada teulada
• Estimació coeficient d’escolament en les condicions locals
ANÀLISI QUALITAT
• Anàlisis físicoquímics de mostres integrades (conductivitat, pH, SST,
TOC, fosfats, nitrats, nitrits, amoni, clorurs, sulfats, carbonats)
• Tractament estadístic (estadística
descriptiva, anàlisis de correlació i variança)
SST: Sòlidsen SuspensióTotals, TOC: Carboniorgànictotal
Paràmetres fisico-químics Paràmetres biològics
pH Aerobis totals (22 i 37 ºC)
Conductivitat Bacteris coliformes totals Carboni orgànic/ inorgànic / total Bacteris coliformes fecals Anàlisi d’ions (cromatografia iònica) Enterococus
Nitrats, nitrits, amoni,
nitrògen i fòsfor total Clostridium sp Sòlids totals/en suspensió Pseudomonas aeruginosa
Taula. Paràmetres de qualitat de l’aigua a analitzar en les mostres
3. Metodologia
2. Justificació
4.2 Anàlisi quantitatiu i qualitatiu
4. METODOLOGIA
5. ALTRES PROJECTES
5.1 Aprofitament d’aigües pluvials en barris mediteranis de baixa i alta densitat
3. Objectius
8/28
2. Justificació
3. OBJECTIUS
Plantejar diferents escenaris d’aprofitament d’aigua de pluja en funció
de la densitat urbana i la gestió de les infraestructures, aplicables a regions
amb climatologia mediterrània.
Quantificar l’impacte ambiental de les infraestructures d’aprofitament
de pluvials per mitjà de l’ACV.
Identificar quina és l’estratègia ambientalment
més favorable en els diferents escenaris urbans de
captació plantejats i per a cada model de ciutat.
5.1
Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de
baixa
i alta densitat
3. Metodologia
2. Justificació
4.1 Unitat funcional
La unitat funcional (UF)
correspon a la recollida,
emmagatzematge i subministrament d’un metre cúbic d’aigua de pluja proveït per
persona i any per ser
utilitzat com a aigua no potable per una demanda constant de bugaderia.
4.2 Descripció del sistema
Integra les infraestructures necessàries per a l’aprofitament de l’aigua de pluja en edificis d’obra nova.
3. OBJECTIUS
5.1
Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de
baixa
i alta densitat
3.1 UF
11/28
3. Metodologia
2. Justificació
Variable densitat urbana:
Variable infraestructures: Segons l’escala i ubicació del dipòsit
Baixa densitat (BD) Alta densitat (AD)
1) Dipòsit subterrani 2) Dipòsit coberta 3) Dipòsit aljub 4) Dipòsit illa
Baixa densitat Alta densitat
BD1 BD2 BD3 BD4 AD1 AD2 AD3 AD4
Escala de la
infraestructura edifici edifici edifici illa edifici edifici edifici illa
Ubicació del dipòsit subterrani coberta aljub subterrani subterrani coberta aljub subterrani
S’han plantejat un total de 8 escenaris definits en funció de:
3. OBJECTIUS
5.1
Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de
3.1 Sistema d’estudi
12/28
3.1 UF
3. Metodologia
2. Justificació
1: Dipòsitsubterrani 2: Dipòsitcoberta 3: Dipòsitaljub 4: Dipòsitilla
Subsistemes d’estudi: • • Canalói baixant • Canonadesde recollida CAPTACIÓ CAPTACIÓ • Dipòsitd’emmagatzematge EMMAGATZEMATGE EMMAGATZEMATGE • • Bomba • Canonadesde subministrament DISTRIBUCIÓ DISTRIBUCIÓ
3. OBJECTIUS
5.1
Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de
3.1 Eines
de càlcul
14/28
3.1 UF
3. Metodologia
2. Justificació
Eines de càlcul ambiental
• ACV: Considera tot el cicle de vida de les infraestructures d’aigües
pluvials pels diferents escenaris proposats incloent les següents etapes per a cada subsistema* (ISO 14040:2006):
• Software: SimaPro 7.2.0 + EcoConcrete LCA tool
• Fases de l’avaluació d’impactes realitzades: Classificació i
caracterització (CML 2001 Baseline).
• Bases de dades: ecoinvent 2.0 i Metabase ITeC 2009
• Categories
d’impacte:
Categories d'impacte Acrònim Unitats
Esgotamentdelsrecursos abiòtics ADP KgSb eq.
Acidificació AP KgSO2eq.
Eutrofització EP KgPO4-2eq.
Potencial d'escalfamentglobal GWP KgCO2eq.
Potencial de toxicitathumana HTP Kg1,4-DB eq. Potencial de destruccióde l'ozóestratosfèric ODP KgCFC-11 eq.
Oxidaciófotoquímica POCP KgC2H4eq.
3. OBJECTIUS
5.1
Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de
24/28
Les infraestructures ambientalment òptimes, independentment de la
densitat urbana, plantegen:
• Ubicació del dipòsit en coberta
• Integració d’un disseny tipus aljub
La incorporació de l’opció constructiva més favorable en la projecció de
noves zones residencials proporciona un estalvi ambiental significatiu en
les emissions de CO2.
La implementació d’infraestructures de pluvials en:
• Ciutat difosa: Permet una autosuficiència hídrica gairebé total per
la demanda de bugaderia i uns excedents d’aigua en el sistema.
• Ciutat compacta: Proporciona impactes ambientals unitaris
menors, però es caracteritza per un dèficit hídric major
3. OBJECTIUS
5.1
Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de
baixa
i alta densitat
25/28
En el planejament urbà cal tenir en compte el disseny
d’infraestructures de pluvials mitjançant criteris ambientals, ajustant-lo
als usos potencials a que l’aigua és destinada.
No fer-ho pot ocasionar impactes a posteriori en la rehabilitació de
l’edifici entre 1,5 i 4,4 vegades majors per baixa i alta densitat, respectivament.
3. OBJECTIUS
5.1
Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de
Línea de investigación SosteniPrAGRÀCIES
Bellaterra, 22 dejuny de 2010
Avaluació del Potencial de Captació de
Recursos Hídrics Locals en zones urbanes
Doctorand: Sara Angrill Toledo Investigadors principals: Dr Xavier Gabarrell Dr Joan Rieradevall Dr Maria Rosa Rovira Dr Diego Varga Dr Gara Villalba Ms Sc Tito Morales Ms Sc Violeta Vargas Ms ScMohammad Hoque
