Desalinización
La desalinización es un proceso mediante el cual se elimina la sal del agua de mar o salobre. Las plantas desalinizadoras, también conocidas como desaladoras (ver nota terminológica), son instalaciones industriales destinadas a la desalinización, generalmente del de mar o de lagos salados, para obtener agua potable. El agua de mar tiene sales minerales disueltas. Debido a la presencia de estas sales, el agua del mar es salobre y no es potable para el ser humano y su ingestión en grandes cantidades puede llegar a provocar la muerte. El 97,5 % del agua que existe en nuestro planeta es salada y solo una cantidad inferior al 1 % es apta para el consumo humano. Conseguir la potabilización del agua del mar es una de las posibles soluciones a la escasez de agua potable. Mediante la desalinización del agua del mar se obtiene agua dulce apta para el abastecimiento y el regadío. Las plantas desalinizadoras de agua de mar han producido agua potable desde hace muchos años, pero el proceso era muy costoso y hasta hace relativamente poco solo se han utilizado en condiciones extremas. Actualmente existe una producción de más de 99 millones de metros cúbicos diarios de agua desalinizada en todo el mundo, lo que supone el abastecimiento de más de 100 millones de personas.
Las plantas desalinizadoras también presentan inconvenientes. En el proceso de extracción de la sal se producen residuos salinos y sustancias contaminantes que pueden perjudicar a la flora y la fauna. Además, suponen un gasto elevado de consumo eléctrico. Con el fin de evitarlo, actualmente se están realizando estudios para construir plantas desalinizadoras más competitivas, menos contaminantes y que utilicen fuentes de energía renovables.[1]
Nota terminológica
El DRAE define la desalinización cómo un término más preciso que desalación, puesto que desalación se define más genéricamente, como el proceso de quitar la sal a cualquier producto, no solo al agua salada.[2] Sin embargo, desalación parece ser bastante común en España. Desalación —y no desalinización— forma parte del nombre Asociación Española de Desalación y Reutilización. El término también ha sido usado en la Universidad Nacional Autónoma de México.[3] Desalinización además de ser un término más preciso, es utilizado ampliamente en América del Sur y entre la comunidad técnica de habla hispana a nivel global.
Métodos
Se pueden utilizar los siguientes métodos:[4]:10-546
- Procesos termales
- Destilación multietapa (MSF)
- Destilación multiefecto (MED)
- Compresión mecánica de vapor (MVC)
- Destilación solar
- Tecnologías de membranas
- Electrodiálisis (ED)
- Micro, nano y ultra filtración
- Osmosis inversa (RO)
Procesos termales
Destilación multietapa (MSF)
Este método evapora agua de mar por aplicación de una fuente de calor para luego condensarla. Repite la operación varias veces agregando en algunos casos elementos al proceso que ayuden a captar alguna substancia presente en el agua impura que se desee extraer. La fuente de calor se aplica en cada una de las fases.[4]:10-548
Destilación multiefecto (MED)
Este método se asemeja al anterior, pero la fuente primaria de calor se aplica solo a la primera etapa. Para la siguiente etapa se utiliza el calor del vapor generado en la etapa anterior.
Compresión mecánica de vapor
Destilación solar
Este método utiliza un espacio cerrado y expuesto a la luz solar en cuyo interior el agua se evapora y luego condensa al contacto con la superficie más fría que la separa del exterior. Las gotas son llevadas por un declive hasta reunirlas en un margen del espacio. Su producción es de 1-4 l/día/m².[4]:10-548
Tecnologías de membranas
Electrodiálisis (ED)
Micro, nano y ultra filtración
Desalinización por ósmosis inversa (oi)
La Ósmosis inversa (OI) es un proceso en el que se obtiene agua dulce del agua salada. La ósmosis natural es un fenómeno que consiste en que, si hay una membrana semipermeable separando dos soluciones con el mismo disolvente, el disolvente pasa a través de ella, pero no las sales disueltas, desde el lado donde la concentración de sales es más baja hacia la más alta, hasta que a ambos lados de la membrana las soluciones tienen la misma concentración. Este proceso se realiza sin aporte de energía exterior, y se genera mediante la que se llama presión osmótica.
La ósmosis inversa consiste en hacer pasar por la membrana semipermeable el disolvente (en este caso agua) desde el lado donde está la solución más concentrada (el agua de mar, con sales disueltas), hacia el lado contrario, sin que pasen las sales. En este caso se requiere energía, en forma de presión, que será ligeramente superior a la presión osmótica que haría pasar el solvente de baja concentración hacia el lado de la alta concentración. La presión necesaria para conseguir la ósmosis inversa depende de la cantidad de sales disueltas y del grado de desalinización que se quiera obtener. Del empleo de energía en el proceso resulta un aumento de la entropía.
El mar es una fuente virtualmente ilimitada de agua salada. Una planta de ósmosis inversa necesita procesar un volumen de agua de mar de hasta tres veces mayor que la cantidad total de agua desalinizada que se obtendrá al final. Por eso el diseño de los pozos o sistema de captación debe considerar este factor para su capacidad.
Está en fase de investigación (TRL2) el uso de una lámina de grafeno con poros de 1,8 nm para sustituir las membranas en el proceso de ósmosis invertida para la desalinización del agua. Según las investigaciones actuales se obtendrían eficiencias mucho mayores que con las membranas actuales, y se tendrían requerimientos menores de energía. En el estado actual, el inconveniente es el costo de las membranas de grafeno, pero se espera que en el futuro estos costos podrán ser reducidos.[5]
Proceso de producción
Generalmente se emplea un gran depósito o balsa que se llena por gravedad al nivel del mar, previo un filtrado grosero. Se transporta el agua de la balsa mediante las bombas de alimentación al sistema de desalinización. A la entrada de las bombas de alimentación llega un suplemento de productos químicos mediante bombas dosificadoras. Así se prepara el agua para pasar cuatro tipos de filtros que retienen partículas mayores de cuatro micras. El paso principal de la producción de agua es la separación del H2O de la mezcla de sales y minerales presente en el agua del mar. Este paso se realiza en la etapa de ósmosis inversa consiguiendo que las sales no atraviesen las membranas de los módulos de OI. Previamente ha de conseguirse las partículas de diatomeas y microalgas no lleguen a las membranas y para eso existen tres pasos previos de filtración por arena antes del último paso de micro filtración usando cartuchos de fibra sintética. El éxito de filtración también depende de la apropiada introducción de coagulantes. De acuerdo a la calidad de filtración se genera el ciclo de cambio de las membranas entre 2 y 5 años. Los dispersantes químicos introducidos antes de la micro filtración previenen la precipitación de minerales dentro de las membranas.
Como todos los aspectos del proceso están automatizados, el trabajo de los operadores es la supervisión y el mantenimiento.
Regulación de alta presión y recuperación de energía
La salmuera rechazada es un 55 % del agua bruta (aunque depende de la tecnología de desalinización empleada). Mientras que el 45 % del agua obtenida sale a presión atmosférica, debe asegurarse una contrapresión regulada en el flujo de rechazo. Este flujo de rechazo siempre contiene algo así como el 55 % (100 % - % ganada) de la energía de presión proporcionada por las bombas y es muy conveniente la recuperación de esta energía para obtener un rendimiento mayor. Una parte de la energía recuperada puede volver al mismo ciclo de desalinización y recuperación más de una vez.
Mientras que la planta está en el modo de producción se controla la presión de salida por una válvula de regulación. Se usan convertidores ‘Pressure Exchanger’ y con ellos en el intercambio de presión se puede recuperar hasta el 95 % de la energía del flujo de rechazo directamente por medio de bombeo usando desplazamiento positivo. Esa bomba de recuperación de energía aumenta el flujo de más agua bruta a la entrada de las membranas. La planta usa las unidades 'Pressure Exchanger' cerca de cada grupo de tubos de elementos de ósmosis inversa.
Calidad del agua producida
El agua osmotizada o el permeado de los módulos de ósmosis inversa debe ser acondicionada para cumplir con ciertas características de alta calidad, ya que, el agua producida tiene un pH ácido y un bajo contenido de carbonatos, lo que la convierte en un producto altamente corrosivo. Esto exige su preparación antes de su distribución y consumo. El pH se ajusta con carbonato de calcio a un valor de 7,7. Adicionalmente, si así lo requieren las normas municipales para uso del agua potable, se agrega también fluoruro de sodio e hipoclorito.
Plantas desalinizadoras en España
España es el quinto país en número de desalinizadoras del mundo con un total de 900 plantas que tienen una capacidad de 1,45 millones de metros cúbicos al día.[6]
Debido a su función, las desalinizadoras deben instalarse cerca de una fuente de agua, en concreto, del mar. Se dedican a desalinizar agua marina, a una distancia de entre unas pocas decenas de metros a 3 kilómetros. Cuanto más lejos esté de la costa, mayor será la presión necesaria para captar el agua y, por lo tanto, el consumo energético será superior, lo que encarecerá todo el proceso.
La primera desalinizadora de España fue construida en 1965 en Lanzarote con la tecnología de evaporación, a través de la energía solar, que hoy apenas se utiliza, y que ha sido sustituida por la de ósmosis inversa. En Las Palmas de Gran Canaria se construyó la primera desalinizadora de España con el método de ósmosis inversa en 1971.[cita requerida] Actualmente la gestiona Emalsa.[cita requerida] Entre las de construcción más reciente destaca la de El Prat de Llobregat en la muy poblada región metropolitana de Barcelona, afectada por sequías intermitentes y con aguas superficiales de la cuenca del Llobregat relativamente contaminadas.
Impacto medioambiental
La desalinización del agua de mar se está volviendo inevitable para la creciente demanda de agua dulce. Sin embargo, la desalinización es un proceso que consume mucha energía y tiene un impacto negativo en el medio ambiente. La descarga de residuos de los procesos de desalación se considera un desafío importante. Los problemas medioambientales se pueden recoger en los siguientes puntos:[7]
Ecosistemas marinos
La descarga de salmuera concentrada dificulta la vida de los ecosistemas marinos. La vida marina también está influida por la ingesta de agua de mar para la planta desaladora. Cuando se extrae una gran cantidad de agua del mar, los organismos marinos y las algas son absorbidos por la toma, lo que provoca una perturbación en el ecosistema.
Contaminación
La salmuera concentrada no solo está concentrada en sal, sino que también contiene químicos como agentes anti-incrustantes de pre y post-tratamiento. Además, la salmuera descargada de las plantas de destilación térmica sale a una temperatura relativamente alta lo que significa una contaminación térmica que influye en la vida marina de tal manera que solo algunas plantas o animales marinos pueden soportar la alta temperatura cerca de la salida de las plantas de destilación térmica.
Energía
El alto consumo de energía se considera el factor más influyente que inhibe el crecimiento de la desalinización del agua de mar. Actualmente, la mayoría de los procesos de desalinización son impulsados por energía obtenida de combustibles fósiles que resulta en emisiones de gases que contaminan el medio ambiente. En el caso de los procesos de desalinización basados en energía solar, se considera un método prometedor para aliviar el impacto ambiental de la desalinización del agua y también proporcionar una fuente sostenible de agua potable.
Sal
Actualmente se utilizan muchos métodos para la eliminación de salmuera. La salmuera puede descargarse al mar o al río, a estanques solares o inyectarse en acuíferos salinos profundos. La descarga al mar o al océano es el método menos costoso. Cuando la salmuera se descarga al mar, tiende a hundirse en el fondo. Normalmente, la descarga de salmuera se diluye con agua de mar para reducir su salinidad antes de descargarse al mar. La salmuera se descarga a gran profundidad de agua de mar que normalmente tiene una fuerte corriente. Esto reduce los efectos perjudiciales de la salmuera en la vida marina. Las descargas de salmuera a un estanque solar o la inyección a un acuífero salino profundo es un método más caro. Estos estanques solares y acuíferos salinos suelen estar ubicados lejos de la planta desalinizadora, lo que requiere una tubería larga para su transporte. Este método tiene inconvenientes porque puede aumentar la sal en el suelo y aumenta la salinidad del agua subterránea si no se usa lineal debajo del estanque solar. La utilización de un estanque solar para la eliminación de salmuera conlleva el riesgo de contaminar las aguas subterráneas.
Referencias
- Panagopoulos, Argyris; Haralambous, Katherine-Joanne; Loizidou, Maria (25 de noviembre de 2019). «Desalination brine disposal methods and treatment technologies - A review». Science of The Total Environment 693: 133545. ISSN 0048-9697. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.07.351. Consultado el 26 de octubre de 2019.
- Ver las definiciones del DRAE para desalar y desalinizar
- UNAM México. . Archivado desde el original el 7 de marzo de 2013. Consultado el 3 de octubre de 2012.
- ↑ ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD MEJORAMIENTO SISTEMA DE RIEGO EN RÍO SAN PEDRO, SAN PEDRO DE ATACAMA, REGIÓN DE ANTOFAGASTA INFORME FINAL VOLUMEN I: INGENIERÍA SANTIAGO, FEBRERO DE 2014
- Grafeno nanoporoso para desalación Consultado el 27/07/2014
- «Viaje a las entrañas de una desaladora». Consultado el 21 de septiembre de 2010. «Betl Ibérica Analistas de Prevención».
- Alnaimat, Fadi; Klausner, James; Mathew, Bobby (19 de septiembre de 2018). Solar Desalination (en inglés). IntechOpen. ISBN 978-1-78923-759-7. Consultado el 16 de mayo de 2021.