“TECNOLOGÍAS DE DESALACIÓN Y EL CHACO PARAGUAYO

“TECNOLOGÍAS DE DESALACIÓN Y EL CHACO PARAGUAYO”
OSMOSIS INVERSA, UNA VISIÓN SUSTENTABLE A LA PROBLEMÁTICA
ING. ALDO MARCOS
SEPTIEMBRE DE 2008
TECNOLOGÍAS DE DESALACIÓN Y EL CHACO PARAGUAYO
ÓSMOSIS INVERSA, UNA VISIÓN SUSTENTABLE A LA PROBLEMÁTICA
ABSTRACT
La tecnología denominada “ósmosis inversa” o superfiltración es actualmente el método más
moderno utilizado en todo el mundo para convertir el agua salada en potable. Esta tecnología
puede ser aplicada en nuestro país, específicamente en el Chaco, donde existe la necesidad
de contar con agua apta para el consumo humano y animal.
Ing. Aldo Marcos Moscarda
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TECNOLOGÍAS DE DESALACIÓN Y EL CHACO PARAGUAYO
ÓSMOSIS INVERSA, UNA VISIÓN SUSTENTABLE A LA PROBLEMÁTICA
PLANTEAMIENTO
La necesidad de dotar a más de la mitad
del territorio nacional (Chaco Paraguayo)
de un sistema de abastecimiento de agua
potable que sea seguro, contínuo,
independiente del clima; rentable y
sustentable.
inversa para ser aplicado en la región
occidental de nuestro país.
OBJETIVOS
Estudiar la factibilidad técnica, económica y
financiera de la producción de agua potable
por el método de ósmosis inversa en el
Chaco Paraguayo.
ALCANCE
El proyecto consiste en un trabajo de
investigación a nivel de factibilidad técnica
y económica.
Servirá además para divulgar los trabajos
ya efectuados y los identificados como
pendientes de hacerlo. También puede
servir para revisar y presentar el estado
actual de desarrollo “the state of the art” de
ciertos aspectos que hacen a la
problemática.
METODOLOGIA
Recopilación
de
los
datos
de
precipitaciones pluviales; temperaturas y
humedad; datos hidrogeológicos; calidad
del agua bruta y normas de calidad del
agua potable y de consumo animal; etc.
Investigación
de
los
procesos
de
producción de agua por ósmosis inversa.
Inclusión de las especificaciones técnicas y
costos de una planta desaladora tipo,
proveídos por sus fabricantes.
RESULTADOS ESPERADOS
Obtener conclusiones en relación a la
factibilidad técnica y económica del método
de producción de agua potable por ósmosis
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1. RESUMEN
DATOS SIGNIFICATIVOS
OBJETIVO DEL PROYECTO:
ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA DE DESALINIZACIÓN POR ÓSMOSIS INVERSA
PARA EL CHACO PARAGUAYO
CHACO PARAGUAYO
Fuente: Anuario Estadístico del Paraguay 2.002.
•
•
•
•
•
•
•
SUPERFICIE
ÍDEM EN % DEL PAÍS
POBLACIÓN (CENSO 2.002)
ÍDEM EN % DEL PAÍS
CLIMA
SUELO DE USO AGROPECUARIO
ÍDEM EN % DE LA SUPERFICIE
246.925 km2
60 %
138.760 hab.
2,67 %
SEMI ÁRIDO
2.369.500 ha
9,6%
USO DEL AGUA DULCE
Fuente: Elaboración propia
•
•
•
•
TIPO DE EXPLOTACIÓN
CONSUMO HUMANO
HUMANO Y ANIMAL
150 lt/día
CONSUMO ANIMAL
50 lt/día
VALOR DE VENTA ADOPTADO:
6.000 G/m3
AGUAS SUBTERRÁNEAS DEL CHACO
Fuente: Dirección de Recursos Hídricos (MAG)
•
•
SALINAS
SALOBRES
TSD>10.000 mg/l
1.000 mg/l >TSD<10.000 mg/l
ACUÍFERO A EXPLOTAR:
Fuente: Dirección de Recursos Hídricos (MAG)
•
•
ACUÍFERO:
TIPO:
CHACO ESTE (TQce)
CONFINADO
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•
•
NIVEL FREÁTICO
ESPESOR
CAUDAL
SALINIDAD
m
m
m3/h
mg/l
•
CONDUCTIVIDAD
µS/cm
•
DATOS METEOROLÓGICOS
Fuente: Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (Ministerio de Defensa)
•
•
•
•
CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA
SEGÚN KOPPEN
TROPICAL DE SABANA
SEGÚN THORNTHWAITE
SUBHUMEDO SECO
PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL
TEMPERATURA MEDIA ANUAL
RADIACIÓN SOLAR DIARIA
MEDIA DEL MES DE ENERO
MEDIA DEL MES DE JULIO
1.000 mm / 1.200 mm
28 ºC
22 MJ/m2 / 24 MJ/m2
12 MJ/m2
PERFORACIÓN DE POZOS TIPO
Fuente: Elaboración propia
•
•
PROFUNDIDAD
DIÁMETRO
m
pulg
EQUIPOS DE ÓSMOSIS INVERSA
Fuente: Fabricantes Internacionales
•
MÉTODO DE DESALINIZACIÓN
•
•
•
PORCENTAJE DE RECHAZO
OSMOSIS INVERSA
70 %
CONSUMO ENERGÉTICO
2,00 kWh/m3
PRECIO
US$/m3
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2. INTRODUCCIÓN
El Chaco Paraguayo representa alrededor
del sesenta por ciento del territorio
nacional pero da albergue a menos del
tres por ciento de su población, debido
principalmente a sus adversas condiciones
naturales de clima, de suelo y de falta de
aguas superficiales en cantidad y calidad.
Las aguas subterráneas podrían ser
entonces fuente importante de su
abastecimiento hídrico, pero solamente se
encontró agua potable en acuíferos en el
extremo noroeste y en algunas lentes
ubicadas en el Chaco Central que se
forman mediante la infiltración de las aguas
de lluvia. Los acuíferos en general tienen
aguas salobres o con un alto grado de
salinidad, por lo que no son aptas para el
consumo humano ni animal.
Por lo tanto, la desalinización es un tema
central en cualquier intento de producir
agua dulce en el Chaco Paraguayo.
Dada la importancia mundial de las aguas
subterráneas, el tema es objeto de estudios
avanzados y de cursos de postgrado en
varias universidades de todo el mundo,
desde América del Norte hasta el Medio
Oriente, pasando por Europa e inclusive
América del Sur.
Un estudio de los recursos hídricos es una
tarea multidisciplinaria donde intervienen
diversas ciencias: Meteorología, Hidrología
Superficial
y
Subterránea,
Hidrogeoquimica,
Geología
e
Hidrogeología, Geofísica, Ingeniería de
Regadíos,
Ingenieria
Agronómica,
Edafología y por supuesto la Ingenieria
Civil.
La lista de temas a estudiar es muy
extensa, como la calidad de las aguas
crudas y las normas de consumo humano y
animal; la protección de los acuíferos; la
gestión, aprovechamiento y reutilización de
aguas residuales resultantes del proceso
de desalinización.
La conducción del agua hacia las
poblaciones, su distribución dentro de las
mismas y las obras necesarias para su
utilización como así también la preparación
y embolsado de la sal de las aguas
residuales están más allá del alcance de
este trabajo.
En este trabajo se estudian la obtención del
agua mediante pozos profundos equipados
con sus equipos de bombeo, el proceso de
desalinización por ósmosis inversa y la
inyección en pozos profundos de las aguas
residuales.
La fuente de los datos básicos históricos de
precipitaciones, de presión, temperatura y
humedad, es el Servicio Nacional de
Meteorología e Hidrología dependiente del
Ministerio de Defensa Nacional.
La
fuente
principal
de
datos
hidrogeológicos son, la Dirección de
Recursos
Hídricos
dependiente
del
Ministerio de Agricultura y estudios
particulares realizados en los laboratorios
del Instituto Nacional de Tecnología y
Normalización y el CEMIT, de muestras
obtenidas en la ciudad de Abundancia,
Chaco Paraguayo.
Se estima un presupuesto para diferentes
opciones de proyecto, con los cuales
podemos entonces analizar la factibilidad
económica de ésta tecnología.
De la cantidad y calidad de los trabajos
revisados, especialmente los ejecutados
con la colaboración técnica y financiera de
Alemania, concluimos que se tiene
importante información hidrogeológica e
hidroquímica principalmente en el Chaco
central; también hay experiencia en la
perforación de pozos.
Creemos por lo tanto que la mayor
contribución del presente trabajo se da en
la presentación de la “tecnología de
desalinización por el método de osmosis
inversa”, que está siendo ampliamente
utilizada en países que necesitan hacer
potable tanto sus aguas subterráneas como
sus aguas marítimas.
Esta tecnología puede ser aplicada en
cualquier punto de la geografía del Chaco
Paraguayo.
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El gran tema del “Agua para el Chaco” no
quedara ni lejanamente agotado con este
trabajo que apenas pretende ser un
esfuerzo más de los muchos que se han
realizado y se siguen realizando en los
diversos ámbitos del quehacer nacional:
universidades, empresas privadas e
instituciones oficiales.
La permanente necesidad de elevar el nivel
de vida de la población requiere la
explotación de los recursos naturales entre
los cuales el sesenta por ciento del
territorio es parte importante, se encuentra
disponible y necesita agua dulce.
Si unimos nuestra necesidad nacional con
la intención exportadora de los fabricantes
y la oferta de financiamiento del primer
mundo, esta tecnología podrá ser aplicada
en un futuro muy próximo en el País.
3. CALIDAD
DEL
HIDROGEOLÓGÍA
AGUA
/
En el Paraguay Occidental o Chaco
paraguayo sólo existen afloramientos de
tres eras geológicas: del Paleozoico, del
Mesozoico y del Cenozoico; ocupan estos
últimos más del 50% del territorio
chaqueño.
Fuente: Proyecto PAR 83/00X
El Mapa del Chaco Paraguayo que
incluimos nos indica las zonas con
diferentes promedios de cantidades totales
anuales de precipitación.
Combinando
estos valores con los de la evaporación,
tenemos una primera idea de la escasez de
agua dulce en dicho territorio. El Chaco
paraguayo es una región que se encuentra
bajo un permanente déficit hídrico.
Rocas sedimentarias: del Cuaternario y
Terciario, depósitos marinos a profundidad;
del Paleozoico: arenisca de color claro y
grano
fino
y
mediano,
cuarcífera
(exclusivamente del Devónico), además de
calizas (Cámbrico); del Precámbrico:
granito y pórfido cuarcífero.
Precipitación media anual en mm (1.961-1.990)
Consecuencia inmediata del régimen de
precipitaciones es el tipo de clima
resultante que en ambas clasificaciones
generalmente utilizadas definen al Chaco
como territorio semi-árido.
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Incluimos también los mapas con las
temperaturas media anual, media del mes
de agosto y media del mes de enero,
correspondientes al estudio realizado por la
consultora DBEnviroment con fondos del
BID para el trabajo denominado “Estudio
del marco legal e institucional para la
gestión de recursos del agua de Paraguay
ATN/FC-6006-PR”
Esta falta de agua dulce superficial y el
grado de salinidad encontrado en las aguas
subterráneas hacen que el estudio del
abastecimiento de aguas que cumplan con
las normas de calidad del agua según los
destinos de la misma sea un tema
obligado.
Si bien existen estudios que abarcan toda
la geografía del Chaco Paraguayo,
particular
importancia
revisten
los
realizados con la ayuda técnica y financiera
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alemana por la Dirección de Recursos
Hídricos en la zona Central, Filadelfia,
Loma Plata, etc.
Incluimos en este trabajo las normas
elaboradas por dicha dirección que se
basan principalmente en las normas
establecidas para zonas áridas como
California, Sudáfrica y Australia. Asimismo
las comparamos con las de la Organización
Mundial de la Salud (OMS) -que establecen
como valor máximo del total de sólidos
disueltos 1.000mg/l para el agua potable
destinado al consumo humano- y con las
del INTN.
Para el consumo de seres humanos la
DRH fija como valor máximo permitido de
la tasa de sólidos disueltos el de 2.000mg/l
–el valor recomendado es de 1.000mg/l- y
como valor máximo de la conductividad
eléctrica entre 1.500µS/cm y 2.000µS/cm.
Para el consumo animal los índices varían
de acuerdo a la especie del los mismos.
También presentamos los datos obtenidos
en los estudios referenciados como
resultado de los análisis del agua obtenida
de los pozos, tanto de los pozos de
explotación como de los pozos de estudios.
El valor del total de sólidos disueltos (TSD)
en la mayor parte de la región occidental
proyecto está por encima del máximo
permitido para el consumo animal y
aumenta a medida que aumenta la
profundidad del pozo. La única posibilidad
entonces
de
utilización
del
agua
subterránea salada para el objetivo del
proyecto es mediante su desalinización.
4. DESALINIZACIÓN Y ÓSMOSIS
INVERSA
Los principales procesos de desalinización
existentes son: Destilación súbita por
efecto flash (MSF); Destilación por múltiple
efecto (MED); Compresión térmica de
vapor
(TVC);
Destilación
solar;
Congelación; Formación de hidratos;
Destilación por membranas; Compresión
mecánica de vapor (CV); Ósmosis Inversa
(OI); Electrodiálisis
iónico; entre otros.
(ED);
Intercambio
De todos estos procesos sólo algunos son
viables y se utilizan actualmente.
A
continuación
vemos
un
cuadro
comparativo:
PROCESO
TIPO DE ENERGIA
CONSUMO ENERGETICO
COSTO DE INSTALACION
CAPACIDAD DE PRODUCCION
APTO PARA AGUA DE MAR
CALIDAD DE AGUA DESALADA
SUPERFICIE REQUERIDA
PORCENTAJE DE UTILIZACION
MSF
Térmica
Alto
Alto
Alta
Sí
Alta
Alta
48,10%
MED-TCV
CV
Térmica Eléctrica
Alto-Medio Medio
Alto-Medio
Alto
Media
Baja
Sí
Sí
Alta
Alta
Media
Baja
4,00%
3,50%
OI
Eléctrica
Bajo
Medio
Alta
Sí
Alta
Baja
35,90%
ED
Eléctrica
Bajo
Medio
Media
No
Media
Baja
8,50%
De estos procesos actualmente el más
utilizado es el de Destilación Súbita (MSF)
con el 48,10% seguido por el de ósmosis
inversa con el 35,90%.
Sin embargo el proceso de ósmosis inversa
va ganando cada vez más terreno y es el
preferido actualmente, debido a la
reducción de los costos de inversión y
operación gracias a los grandes avances
tecnológicos realizados, principalmente los
sistemas de recuperación de presión.
Durante las investigaciones, los científicos
descubrieron que cuando se ponen en
contacto
mediante
una
membrana
semipermeable (las mucosas, la piel del
molusco, la "cáscara" de los tubérculos y
raíces, etc.) dos soluciones de distinta
concentración, las fuerzas naturales hacen
fluir el agua pura o disolvente desde la
solución más diluida hacia la más
concentrada.
El transporte, o paso, de agua o disolvente
desde la solución más diluida a la más
concentrada perdura hasta que se igualan
las concentraciones de las soluciones a
ambos
lados
de
la
membrana
semipermeable.
Este es el fenómeno
natural conocido por ósmosis.
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Fuente: Aqua Purification Systems
Es evidente que el paso de agua implica un
aumento de volumen en el lado de la
antigua solución más concentrada y una
disminución en el lado de la antigua
solución más diluida, por lo que aumentará
la altura del líquido en el lado de la más
concentrada. Esta diferencia de alturas a
ambos lados de la membrana se traduce
en una presión ejercida por el líquido, que
es denominada presión osmótica de la
solución. La observación y comprensión de
este fenómeno condujo a la conclusión de
que era posible invertir el proceso con sólo
aplicar la presión osmótica de la solución
concentrada o salina a ella misma,
provocando el paso de agua en sentido
inverso. De ahí el nombre de ósmosis
inversa. Encontrándose además, que la
energía necesaria para provocar la
separación era menor que cuando se
acudía al método clásico de la destilación.
Ya no hacía falta "echarle tanta leña al
fuego".
La ósmosis inversa consiste en
presurizar una solución salina contra
una membrana semipermeable, en una
magnitud suficiente para provocar o
facilitar el paso del agua pura a través
de ella, retirándola para su uso.
En el proceso se distinguen dos flujos de
agua: Uno que es el que atraviesa la
membrana, libre de sólidos disueltos
(minerales, materia orgánica, etc.) y de
microorganismos (virus, bacterias, etc.);
llamado: producto o permeado.
El otro se va concentrando en los sólidos
disueltos y microorganismos sin que
lleguen a depositarse en la membrana,
constituyendo el concentrado.
Módulo de osmosis inversa. Fuente: Ecoionics S.A.
La relación entre producto y concentrado
constituye la recuperación o rechazo,
expresado en porcentaje. El porcentaje de
rechazo oscila entre el 50% y el 98%.
Estos valores dependen principalmente de
la presión aplicada, la concentración de
sales, la temperatura y el caudal deseado.
El sistema de ósmosis inversa se utiliza en
países con condiciones mucho más
adversas que la del Chaco Paraguayo,
como Israel, Egipto, Irán, Iraq, Kuwait,
España, EEUU. En Kuwait por ejemplo, la
evapotranspiración es tan alta, que cuando
llueve, las gotas ni siquiera llegan al suelo.
Estos países han logrado adaptar la
tecnología de ósmosis inversa, y cuentan
con tecnología que puede ser aplicada
perfectamente a nuestro país.
Es importante mencionar que con la
ósmosis inversa no solo se puede
desalinizar agua de mar sino que
actualmente la mayor cantidad de
plantas de ósmosis inversa desaliniza
agua de pozos, en donde no hay mar
cerca.
5. GESTIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Por economía y sencillez técnica, el
sistema de inyección a pozos profundos
viene a ser la forma de desechar la sal que
se obtiene tras el filtrado.
Para la inyección en pozos profundos se
debe tener en cuenta que el acuífero donde
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se realizará la inyección debe ser de mayor
profundidad y salinidad que el acuífero de
extracción. Además debe estar confinado
entre estratos de suelo impermeable, a fin
de evitar que el agua de inyección se infiltre
a otros acuíferos o al suelo de cultivo, por
capilaridad, ósmosis o cualquier otro
fenómeno.
El Chaco Paraguayo no es la única región
semi-desértica en el mundo y tampoco
sería la primera en la cual experimentar
tecnologías y procedimientos para lograr su
desarrollo.
El sistema de ósmosis inversa puede ser
instalado en cualquier parte de la
geografía del Chaco, algo que sin dudas
favorecerá primeramente a las personas
pues pordrían contar con agua potable y
también a los animales. Por lo tanto,
considerando este sistema, los ganaderos
podrían aumentar su carga de ganado,
pues uno de los principales problemas en
dicha zona es la falta de agua para los
animales. También se solucionaría de
forma
definitiva,
económica
y
sustentable, la crisis cíclica que se vive
cada año afectando la vida de los
ciudadanos chaqueños.
Otras opciones son: la cría de especies
marinas; industrializar los minerales para el
consumo del ganado; lagunas de
evapotranspiración entre otras.
Todos estos métodos son utilizados con
éxito (económico y ambiental) en los países
con desalinización.
6. PROYECTO PILOTO
Actualmente, se tiene el objetivo de instalar
una planta de producción de agua dulce en
la zona de Pozo Colorado, con una
capacidad de 600.000 litros de agua por
día, abasteciendo del vital líquido a 12.000
cabezas
de
ganado
vacuno.
Se prevé la instalación de un sistema
híbrido eólico-fotovoltaico a fin de dotar de
energía eléctrica a la planta. Este proyecto
se lleva a cabo con la Norwegian University
of Science & Technology (Noruega);
Alexandria University - Desalination Studies
and Technology Center (Egipto); Aqualyn
AS (Noruega); Universidad del Norte
(Paraguay)
e
Hidrovial
Consultores
(Paraguay).
7. CONCLUSIONES,
RECOMENDACIONES
El agua dulce es un elemento vital para el
desarrollo y en el Chaco Paraguayo se
encuentra ausente, al menos en la
cantidad necesaria para una producción
sostenible.
Módulo de osmosis inversa. Fuente: Ecoionics S.A
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8. BIBLIOGRAFÍA
Sitios Web consultados
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www.aguadecalidad.com
www.aqualyng.com
www.aquapurificacion.com
www.consumer.es
www.ecoportal.net
www.elgranchaco.com
www.emison.com
www.gestion-ambiental.com
www.infoagro.com
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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www.lenntech.com
www.librys.com
www.mysolar.com
www.ozoneecological.com
www.pozohondo.org.py
www.senasa.gov.py
www.sondeosdelnorte.com
www.sunelco.com/design3.aspx
www.tenagua.com
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Aguas subterráneas. Estaciones y equipos de bombeo.
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F. R. Spellman Y J. Drinan. 2004
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S. Foster Y Otros. 2003.
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Manual de Hidráulica Volumen I. 7ª Edición.
José M. Acevedo Netto, Guillermo Acosta Álvarez.
Estudios del Chaco Paraguayo.
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Hidroquímica del agua subterránea en el área urbana de Filadelfia. (Chaco Paraguayo).
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Carlos I.R. Centurión L. Filadelfia 1998.
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Desalinización
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Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2002. © 1993-2001 Microsoft Corporation.
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Revista Mandu’a. Año XX Nº 242. Junio de 2003.
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Revista Mandu’a. Año XX Nº 248. Diciembre de 2003.
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Calidad del agua
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Reglamento Sobre el Servicio de Provisión de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario.
ERSSAN. 2004.
Norma Paraguaya NP 24 001 80. Agua Potable. Especificaciones. Quinta Edición Mayo
2001. Instituto nacional de Tecnología y Normalización.
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Profesionales consultados en Paraguay
•
Prof. Ing. Agr. Raúl Ferrari Ferreira. Universidad Nacional de Asunción. UniNorte.
•
Prof. Lic. Félix Villar. Universidad Nacional de Asunción.
Profesionales consultados en el extranjero
•
Prof. María Fernanda Chillón. Universidad de Alicante. http://www.ua.es/iuaca/oi.htm
•
Universidad Politécnica de Madrid.
http://www.etsia.upm.es
•
Ing. Ambiental Mario Kummel. Mekorot, Compañía Nacional de Aguas de Israel. División
de Tratamiento de Aguas Residuales.
•
Ing. Freddy Strajilevich. Aguas Andinas, Chile
•
Eng. Per Kosberg. Aqualyng AS, Noruega. President.
per.kosberg@lyng.no, www.lyng.com, www.aqualyng.com
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Ing. Fernando Pérez Fernández. Aqualyng AS, Noruega. Technical Department.
fernando@lyng.no, www.lyng.com, www.aqualyng.com
Escuela Superior de Ingenieros Agrónomos.
Ing. Aldo Marcos Moscarda
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tel: (595)(21) 622 364/5. fax: (595) (21) 615 526. federación rusa 1205
hvc@pla.net.py