Tecnologías Emergentes & No Convencionales Santa Cruz, Bolivia

Introducción sobre reuso de aguas tratadas

Tecnologías de Aguas -parte I: Procesos de tratamiento y parámetros de diseño Tecnologías de Aguas- parte II: Eficiencias, ventajas y desventajas Casos de Estudio Recomendaciones © Denise Dourojeanni

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Santa Cruz, Bolivia 28 de Agosto de 2013

PROCESOS y PARÁMETROS DE DISEÑO Cecilia Vidal Línea de Gestión Hídrica Gerencia de Agua y Medio Ambiente

Parámetros a remover Grupos de elementos y/o compuestos: •Cationes: Na+, Ca+2, K+, Mg+2, H+ •Aniones: Cl-, F-, Br•Gases inertes: He, Ne, Xe •Gases: O2, CO2 •Metales pesados: Cu, Zn, Ni, Pb, Hg, entre otros

•Oxi-aniones: SO4-2, MoO42-, AsO4-2 , AsO3-2, PO4-3

Parámetros a remover ¿CUAL ES EL ORIGEN DE LOS COMPONENTES DISUELTOS EN AGUAS?

COMPONENTES DISUELTOS TIPICOS: [Na+] + [K+] + 2[Ca++] + 2[Mg++] + [H+] + [Cl-] + 2[SO4=] + 2[CO3=] + [HCO3-] + [OH-]

Especiación La Especiación de elementos y compuestos en aguas residuales depende de: •pH •potencial redóx •presencia de otros elementos y compuestos

Parámetros a remover

Tipos de Tecnologías de Tratamiento de aguas Presión Aplicada Agua Tratada

Membrana Semipermeable

Lodos Activados

Procesos Intercambio Matriz hidrofóbica

Dirección del fluido

Coagulación y Floculación Técnicas de Membrana

Oxidación avanzada

Cadena con grupo funcional específico Contaminante removido

Wetland

Lombrifiltro

Adsorción

Filtros de microfibra

Coalescencia

Extracción por solvente

Electrodiálisis

Aireación; FAD

Incineración catalítica

Técnicas de desinfección

Tren de Tratamiento de Aguas Servidas

• Para eliminar sólidos • Ej. Desarenador, filtros, etc

Tratamiento Secundario o biológico • Degradar materia orgánica • Lodos activados, lagunas de aireación, biofiltros, etc

• Remoción de contaminantes específicos • Intercambio iónico, técnicas de membrana, tratamiento químico, desinfección, etc

Tratamiento terciario o avanzado

Tratamiento Primario o físico

Tratamiento Pasivos

Tratamiento Activos www.innovacionambient al.cl

Tecnologías de Intercambio Iónico Tecnología basada en el uso de materiales de intercambio específicos capaces de separar y concentrar contaminantes presentes en aguas rurales, urbanas, de riego, de procesos y residuales. Remoción Directa: Amonio, Nitrato, Boro, índice de fenol, Arsénico, Color, Molibdeno, Bromo, Mercurio y otros cationes y aniones

Matriz hidrofóbica

Remoción Indirecta: Conductividad, Salinidad, entre otras

Cadena con grupo funcional específico

La selección del tipo de resina usar hace posible la remoción especifica de contaminantes

Contaminante removido

Zeolita- Mg (Catalizador)

Zeolita - Mg

+

Carbón Activado

Ceniza

Coseta

Jacinto de Agua

Resinas de intercambio

Tecnologías de Intercambio Iónico La tecnología se basa en un proceso de adsorción, en flujo continuo, en columnas con material de intercambio específico. El efluente a tratar es bombeado a través de la columna donde los contaminantes son retenidos, al saturarse la columna se inicia el proceso de regeneración. Además de acondicionar y tratar las aguas es posible recuperar valores metálicos.

Concentración de La solución de Alimentación C0

C0

C0

C0

Zona de adsorción

Zona de adsorción

Ca

Cb

Cc

Concentración de Soluto en el efluente

Cd Cd Curva de inflexión

Cc Ca

Cb

Punto de Quiebre

Volumen del efluente

Tecnologías de Intercambio Iónico CONDICIONES OPERATIVAS Tipo de Operación: Selectividad:

Cíclica Altamente Selectiva

Pre Tratamiento

Filtración previa

Consumo de Reactivos

Uso Constante

PARAMETROS DE OPERACIÓN Temperatura

Ambiente: 2 – 40°C*

Caudal de Operación

20000 m3/día

Vidal Útil Resina

7años aprox.**

Tipo de Tratamiento

Activo

Pre-tratamiento CC

CA

FINAL

Tecnologías de Intercambio Iónico Las principales aplicaciones de la tecnología y parámetros removidos en cada caso son las siguientes: •Agroindustria. Amonio, Boro, magnesio, calcio, carbonato y otros •Potabilizadoras. Boro y Arsénico •Acuicultura: Remoción de amonio •Depuración de agua: Boro y arsénico •Recuperación de valores metálicos: cobre, oro, plata, entre otros •Minería. Estabilización de lodos arsenicales en fundiciones, metales pesados, molibdeno y arsénico

La empresa Mekorot Israel Nacional Water Co. Posee una planta con resina para Boro en la ciudad de Eilat

Tecnologías de Adsorción: Carbón Activado Tecnología No Convencional de tipo Físicoquímico. El carbón activado tiene una textura similar a la de pequeños gránulos de arena negra. La función del filtro de carbón activado es la de remover contaminantes del agua por medio de adsorción, mediante este proceso, las materias que hay que filtrar se adhieren a la superficie de los gránulos del carbón activado. Este material adsorbente es muy eficiente ya que su gran porosidad hace aumentar la superficie en contacto con el agua. Remoción Directa: Materia orgánica (DBO5), Sólidos Suspendidos Totales, (SST), Sólidos Sedimentables, compuestos orgánicos como hidrocarburos, Índice de Fenol, pesticidas, Trihalometanos, AOX, color, sabor, olor, agente espumógeno, aceites y grasas y compuestos inorgánicos como: cloro libre y bromo. Remoción Indirecta: Pueden remover arsénico, metales pesados como Mercurio y eliminar agentes patógenos.

Tecnologías de Adsorción: Carbón Activado La aplicación de esta tecnología se realiza en lechos empacados, tipo columnas, cargados con gránulos del material adsorbente (carbón activado) y se bombea, a través del filtro empacado, el efluente a tratar. A medida que el agua fluye a través de la columna, los químicos se adsorben a la superficie porosa de los gránulos. Cuando la superficie disponible del carbón activado se llena de químicos, se dice que el carbón está gastado. Este carbón gastado debe reemplazarse o limpiarse para permitir que el filtro se reutilice. La limpieza del carbón gastado comprende el calentamiento del carbón y el bombeo de aire limpio a través del mismo. El calor suelta los químicos del carbón, y el aire los expulsa de la columna.

Tecnologías de Adsorción: Carbón Activado

CONDICIONES OPERATIVAS Tipo de Operación: Selectividad:

Pre Tratamiento

PARAMETROS DE OPERACIÓN

Cíclica Temperatura

Ambiente: 2 – 40°C*

Caudal de Operación

20000 m3/día

Vidal Útil Carbón Activado

5 años**

No es Selectiva

Filtración previa

Consumo de Reactivos No usa

•(*) La temperatura mínima debe ser superior al punto de congelamiento del efluente a tratar y la máxima promedio 40°C. Además existen resinas capaces de resistir hasta 120°C. (**)Vida útil puede ser 5 años considerando procesos de lavado.

Tecnologías de Adsorción: Carbón Activado Las principales aplicaciones de la tecnología son las siguientes: •Tratamiento terciario de aguas residuales y tratamiento de aguas servidas •Tratamiento de agua en procesos industriales, como por ejemplo en la industria química, industria alimentaria y farmacéutica •Potabilización de aguas •Tratamiento de emisiones atmosféricas •Purificación de aire y gases

Planta potabilizadora de Annet-Sur-Marne

Tecnologías de Membrana – Osmosis inversa Descripción

La osmosis inversa es el fenómeno reversible de osmosis natural o directa que hoy constituye el nivel más fino de filtración existente, capaz de rechazar contaminantes tan pequeños, como 0.0001 mm, a través de una membrana semipermeable por un proceso de difusión controlada. Remoción Directa: sales como fosfato, nitrato, sulfato y iones metálicos, bromo, mercurio, durezas, patógenos, turbidez, DBO5, compuestos orgánicos, índice de fenol, AOX, THM, color, pesticidas y la mayoría de los contaminantes del agua potable conocidos. Remoción Indirecta: Aceites y Grasas, SST, Sólidos Sedimentables, y poder Espumógeno.(*) (*) No se recomienda el uso de esta técnica como tratamiento primario.

Presión Aplicada Agua Tratada

Membrana Semipermeable

Dirección del fluido

Tecnologías de Membrana

Tecnologías de Membrana CONDICIONES OPERATIVAS

PARAMETROS DE OPERACIÓN

Tipo de Operación:

Continua

Temperatura

Ambiente: 2 – 45°C*

Selectividad:

No es selectivo

Caudal de Operación

Sobre 200 L/s**

Pre Tratamiento

Filtración previa

Vidal Útil Membranas

2 años aprox.***

Tipo de Tratamiento

Membrana

Consumo de Reactivos

No requiere

•(*)La temperatura no es un problema para esta tecnología, es posible tratar efluentes hasta con 45°C de máxima y de mínima debe estar sobre el punto de congelamiento. •(**) El caudal máximo de operación no tiene limitaciones ya que éste es definido en el diseño. (***)Vida útil referida al cambio de membranas. La vida útil de la planta en general puede ser de 20 años considerando mantenciones adecuadas

Tecnologías de Membrana •Generación de aguas ultrapuras para procesos industriales •Desalinización de agua de mar •Desalinización de agua salobre •Tratamiento de aguas reusadas para generación de aguas con baja salinidad para aplicaciones industriales •Tratamiento terciario de efluentes con sales, químicos, DBO5 y bacterias

1.- Planta Desaladora de agua de mar en Ashkelon, Israel. Con una capacidad de tratamiento de 100 millones de m3/año 2.- Planta de tratamiento de aguas en eMalahleni, Sudáfrica. Con una capacidad de tratamiento de 24.000 m3/día (~9 millones de m3/año)

Tecnologías de Coagulación y Floculación Descripción Es una tecnología para acondicionamiento y tratamiento de efluentes industriales. Se complementa con otras tecnologías terciarias de tratamiento. Opera en flujo continuo y es aplicable preferentemente a efluentes que posean concentraciones altas de contaminantes. Esta tecnología es muy versátil dependiendo del coagulante y/o floculante a utilizar. Remoción Directa: Sólidos Suspendidos Totales (SST), DBO5, DQO, Nitrógeno, Fósforo (P), turbidez, Sólidos Sedimentables, cationes y aniones en general. Remoción Indirecta: color, AOX, Poder Espumógeno, Aceites & Grasas y regular pH. Además es posible remover Mercurio*

Tecnologías de Coagulación y Floculación Coagulación es el proceso de desestabilización química de las partículas, en el que la adición de un coagulante es capaz de neutralizar la carga eléctrica del coloide para que forme un aglomerado de partículas. Floculación es el proceso de aglomeración de las partículas desestabilizadas en partículas de mayor tamaño (flóculos o flocs) que pueden sedimentar.

Efluente Inicial

Efluente final

Tecnologías de Coagulación y Floculación

CONDICIONES OPERATIVAS Tipo de Operación:

Continua

Selectividad:

No es selectivo

Pre Tratamiento Consumo de Reactivos

No requiere Requiere coagulantes y floculantes

PARAMETROS DE OPERACIÓN Temperatura

Ambiente: 2 – 100°C*

Caudal de Operación

No tiene limitaciones**

Vidal Útil

20 años***

Tipo de Tratamiento

Fisicoquímico

•(*) Con respecto a la temperatura de operación, sólo es requerido que el efluente esté en estado líquido, sobre el punto de congelamiento y bajo el p8unto de ebullición •(**) El caudal máximo de operación no tiene limitaciones ya que éste es definido en el diseño y determinado por los costos en reactivos. •(***)Vida útil referida a los equipos y motores con un adecuado manejo de mantención

Tecnologías de Coagulación y Floculación Las principales aplicaciones de la tecnología y parámetros removidos en cada caso son las siguientes: •Agroindustria •Potabilizadoras •Tratamiento de Aguas Servidas •Celulosa y papel

•Procesamiento de madera •Purines de cerdo, entre otros

Planta de tratamiento fisicoquímico de Viña san Pedro, Planta Molina. Capacidad de tratamiento 900 (m3/día).

Procesos de Oxidación Avanzada, POAs Descripción

Los Procesos de Oxidación Avanzada involucran la generación “in situ” de radicales hidroxilos (OH●), fuerte oxidante, capaz de degradar y remover los contaminantes presentes en los RILES transformándolos en sustancias que son inocuas para el medio ambiente como OH el CO2.

OH OH

OH CO2

Remoción Directa: Índice de Fenol, color, Compuestos Orgánicos Halogenados (AOX), compuestos orgánicos persistentes, DBO5 y precursores de Trihalometanos (THM).

CO2

OH OH

OH

CO2 CO2 CO2

OH Generación de sustancias inocuas

Procesos de Oxidación Avanzada, POAs Las Tecnologías de Oxidación Avanzada que involucran uso de agentes oxidantes como: ozono (O3), ozono/peróxido de hidrógeno (O3/H2O2), ozono/catalizador (O3/catalizador), ultravioleta (UV), ultravioleta/ozono (UV/O3), ultravioleta/peróxido de hidrógeno (UV/H2O2), ozono /ultravioleta/peróxido de hidrógeno (O3/UV/H2O2), Hierro/peróxido de hidrógeno (Fe2+/H2O2) y fotocatálisis, se basan en procesos físico-químicos noconvencionales diseñadas para la remoción específica de compuestos orgánicos persistentes que son resistentes a tratamientos convencionales químicos o biológicos. Estos procesos oxidativos de fase líquida

Aplicaciones de esta tecnología: •Agropecuario: Vitivinícola, olivícola, •lecherías, industria de alimentos •Minería: Aguas Ácidas de Fundiciones •Forestal: Celulosa y Papel •Manufactura: Textiles

Procesos de Oxidación Avanzada, POAs

CONDICIONES OPERATIVAS Tipo de Operación:

Continua con un TR entre 2 - 10 min

PARAMETROS DE OPERACIÓN Temperatura

Ambiente

Caudales de trabajo

Entre 1 y 5000 m3/día

pH entrada

2-9

Selectividad:

Baja

Pre Tratamiento

No requiere

Consumo de Reactivos

Constante

Vidal Útil

15 – 20 años

Consumo de Energía

Si

Tipo de Tratamiento

Químico

Tecnologías de Flotación por Aire Disuelto -DAF Descripción

La tecnología se basa en utilizar microburbujas generadas a partir de una solución saturada de agua-aire, a presión liberada, en una celda donde se encuentra el agua a tratar. Este proceso permite generar una capa flotante en suspensión que logra la separación sólido líquido. Remoción Directa: Sólidos Suspendidos Totales, Aceites y Grasas, sólidos Sedimentables. Remoción Indirecta: Regulación de Temperatura, DBO5 La flotación es un proceso en el cual se introduce microburbujas de aire en un estanque con agua residual o lodo. Al ascender las microburbujas, las partículas presentes en el líquido se adhieren a éstas, separándose y formando una capa flotante de material concentrado. Con ello se consigue una efectiva remoción de Sólidos Suspendidos, Aceites & Grasas, y materia orgánica particulada (DBO5).

Tecnologías de Flotación por Aire Disuelto -DAF Las principales aplicaciones de la tecnología son: •Aguas residuales urbanas •Aguas residuales industriales (papeleras, petroquímica, química, láctea, mataderos, alimenticia, textil, metalúrgica) •Potabilización de aguas •Flujos de proceso

•Todas las plantas potabilizadoras de aguas en los países bajos usan DAF en su proceso primario en sustitución a la coagulación/sedimentación. •Esta tecnología es además usada frecuentemente por la minera del cobre en su proceso de flotación de sulfuros de cobre y molibdeno.

Tecnologías de Flotación por Aire Disuelto -DAF

CONDICIONES OPERATIVAS Tipo de Operación:

Continuo

Selectividad:

No es selectivo

Pre Tratamiento Consumo de Reactivos

Filtrado preliminar Requiere Aire a presión

PARAMETROS DE OPERACIÓN Temperatura

Ambiente : 15 – 40°C*

Caudal de Operación

No tiene limitaciones**

Vidal Útil

20 años***

Tipo de Tratamiento

Fisicoquímico

•(*)Temperatura de operación ideal para el mejor desempeño de la tecnología es que no supere los 40°C ya que la temperatura afecta la solubilidad del aire en agua. •(**) El caudal máximo de operación no tiene limitaciones ya que éste es definido en el diseño. •(***)Vida útil referida a los equipos y motores con un adecuado manejo de mantención

Coalescencia: Separadores de Grasas y Aceites Descripción

La Coalescencia es una técnica de separación en la que el flujo de agua viaja a través de las fibras coalescedoras llevándose consigo los aceites en forma de pequeñas gotas hasta que estas quedan interceptadas en la fibra. En este punto el aceite desplaza al agua y la gota se rompe. A medida que las gotas de aceite se acumulan en la fibra, se juntan y crecen en tamaño, la gravedad les obliga a separarse de la fibra y flotar hacia arriba, dando como resultado un agua libre de aceites.

Remoción Directa: Aceites y Grasas e Hidrocarburos Remoción Indirecta: Sólidos Suspendidos totales y Sedimentables, Color, entre otros

Coalescencia: Separadores de Grasas y Aceites

Un coalescedor es un contenedor que acelera la unión o la cohesión de dos o más partículas dispersas para formar partículas más grandes. Los coalescedores más comunes pasan las fases a través de algún tipo de cama sólida, red o manta de fibra, cedazos metálicos o membranas. Estos equipos ofrecen una gran superficie de interfase, que permiten un tiempo de residencia necesario para que se produzcan los fenómenos de coalescencia y de separación para una variada gama de aplicaciones.

Coalescencia: Separadores de Grasas y Aceites

La tecnología es aplicable a empresas pertenecen, en su mayor parte, a los siguientes rubros: Productores y distribuidores de combustibles y aceites, talleres mecánicos, estaciones de servicio y centro de lavado de automóviles, empresas de transportes, empresas de arriendos de vehículos, transporte, puertos marítimos, salas de máquinas de industrias varias, restaurantes, entre otros. Sistema de filtración de aguas residuales a través de un medio coalescente para retención de Aceites y Grasas empresa Aquamex, S.A. de C.V.

Coalescencia: Separadores de Grasas y Aceites

CONDICIONES OPERATIVAS

PARAMETROS DE OPERACIÓN

Tipo de Operación:

Bach y continua

Temperatura

Selectividad:

AyG e Hidrocarburos

Caudal de Operación

1 a 50 L/S(**)

Pre Tratamiento

No requiere

Vidal Útil

Sobre 20 años

Tipo de Tratamiento

Físico

Consumo de Reactivos

No

(*)La temperatura no es un problema para esta tecnología, es posible tratar efluentes hasta con 45°C de máxima y de mínima debe estar sobre el punto de congelamiento. (**) si se requieren mayores caudales de tratamiento se debe adicionar otr unidad.

2 a 45ªC (*)

Extracción por Solvente Descripción

La extracción con solventes es una técnica de tratamiento que consiste en usar un solvente para separar o extraer elementos o compuestos desde efluente industriales, sedimentos o tierra. No destruye los contaminantes, sino que los concentra para que sea más fácil reciclarlos o destruirlos con otra técnica. Remoción Directa: Compuestos orgánicos como bifenilos policlorados, índice de fenol, Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), THM e Hidrocarburos.

Extracción por Solvente La tecnología permite la separación en distintas fases, los parámetros definidos se concentran en las diferentes fracciones. Cada fracción, individualmente, puede ser tratada o eliminada en una forma más eficaz en función del costo. La extracción por solventes (SX), es uno de los procesos más efectivos y económicos para purificar, concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las soluciones enriquecidas, provenientes de procesos de lixiviación. Se utiliza además para limpiar numerosos químicos que resulten difíciles de extraer en el suelo

Su principal aplicación es en la producción de cobre, específicamente en la separación selectiva de metales y en la recuperación de uranio, vanadio, molibdeno, zirconio, tungsteno, renio, elementos de tierras raras, metales preciosos, cadmio, germanio, berilio y boro, entre otros.

1.Planta de extracción por solventes (SX) Minera Gaby, CODELCO. Con una capacidad de 150.000 toneladas de producción equivalente un flujo de hasta 3.500 m3/h.

Electrodiálisis Descripción

Los procesos de separación basados en la electrodiálisis utilizan membranas donde se han incorporado grupos con cargas eléctricas, con el fin restringir el paso de los iones presentes en una solución acuosa. En estos procesos la “fuerza impulsora” responsable del flujo de los iones, a través de la membrana, es una diferencia de potencial eléctrico. Un equipo de electrodiálisis está formado por un conjunto de membranas aniónicas y cationes, dispuestas en forma alterna y separadas por espaciadores o placas, en una configuración semejante a los filtros prensa (configuración de placas y bastidores). Los espaciadores provocan turbulencias que evitan las deposiciones de materiales en la superficie de las membranas y homogeneizan la concentración.

Remoción Directa: Sólo remueve especies cargadas eléctricamente, como sales minerales, nitrato, fosfato, sulfato, entre otras

Electrodiálisis Aplicaciones: .

•Desalinización de aguas salobres y la producción de salmueras •Tratamiento de la dureza del agua, el desalado del suero de quesos, recuperación de ácido tánico de los vinos y recuperación de ácido cítrico de los jugos de frutas. •En aguas industriales se emplea en la recuperación de ácidos de los baños electrolíticos y en la eliminación de metales pesados de las aguas de los procesos galvanoplástia. •Muy usado en aplicaciones médicas y de laboratorio que necesitan agua ultrapurificada

1.- Ampliación y mejora de la Planta Llobregat. Debido a problemas de salinidad se construye una desalinizadora que, mediante un proceso de electrodiálisis reversible (EDR), consigue mejorar las características químicas y organolépticas (sabor, olor) del agua.

Electrodiálisis CONDICIONES OPERATIVAS

PARAMETROS DE OPERACIÓN

Tipo de Operación:

Continua

Temperatura

Todo rango

Selectividad:

No es selectivo

Caudal de Operación

Sin límite

Pre Tratamiento

Filtración previa

Vidal Útil Membranas

10 años

Tipo de Tratamiento

Fisicoquímico

Consumo de Reactivos

No requiere

Filtros de Microfibra Descripción

La filtración es una técnica, proceso tecnológico u operación unitaria de separación, por la cual se hace pasar una mezcla de sólidos y líquidos, a través de un medio poroso o medio filtrante que puede formar parte de un dispositivo denominado filtro, donde se retiene de la mayor parte de él o de los componentes sólidos de la mezcla. Remoción Directa: Sólidos Suspendidos totales (SST), Color verdadero y Sólidos Disueltos y sedimentables Remoción Indirecta: Agentes patógenos como los quistes de Giardia y el Cryptosporidium

Filtros de Microfibra La tecnología de los equipos de filtración se puede dividir en dos grandes categorías dependiendo del mecanismo de filtración utilizado y el grado de filtración que se requiere. Los filtros están diseñados para trabajar en un rango de filtración que contempla los 3500 micrones [µ] hasta una filtración más fina de 2 micrones [µ]. Dentro de este rango se pueden clasificar dos tipos de equipos: auto-limpiantes y los de filtración de profundidad.

Para realizar una remoción de sólidos y bajar turbidez con mayor eficiencia, estos equipos pueden trabajar con ayudantes químicos como coagulantes (sulfato férrico, sulfato de aluminio, cloruro férrico, etc), remplazándose en muchos casos un sedimentador.

Papelera Abekawa, Japón.

Las principales aplicaciones de la tecnología: Agroindustria. Potabilizadoras. Tratamiento de terciario de Aguas Servidas para reutilización Celulosa y papel Procesamiento de madera

Filtros de Microfibra CONDICIONES OPERATIVAS

Tipo de Operación: Selectividad:

PARAMETROS DE OPERACIÓN

Continuo Temperatura

70ªC (**)

Caudal de Operación

Hasta 320 m3/h (***)

Vidal Útil

Sobre 20 años

No

Pre Tratamiento

Pre filtración (*)

Consumo de Reactivos

No

(*) La pre-filtración es necesaria cuando la fase líquida contiene sólidos de gran tamaño. (**) Si el hidrocarburo esta congelado el equipo posee un sistema térmico para elevar la temperatura hasta que el efluente esté en fase líquida. (***) Se requiere que el efluente este en fase liquida

Figura 1: Planta de desalinización, Chipre.

Figura 2: Papelera, Alemania