— 08.SEP.2022 —

 

El agua es un recurso natural de vital importancia para el ser humano y para el medio ambiente. Es el elemento más importante en la naturaleza. En el mundo, aproximadamente hay 1370 millones de kilómetros cúbicos (mil millones de m³) de agua, que cubren aproximadamente el 70% de la superficie del planeta. El 97% de ese agua se encuentra en forma de agua salada, con un contenido en sal mayor de 35.000 ppm, y tan sólo una pequeña parte equivalente a un 3% de este agua total es agua dulce.

 

 

 

El agua dulce en el planeta se encuentra repartida entre las regiones polares y cadenas montañosas en forma congelada (representando aproximadamente un 2% del agua total del planeta), un 0,6% se encuentra en acuíferos subterráneos, las cuales son zonas de difícil acceso, un 0,3 % en la atmósfera en forma de vapor de agua y sólo un 0,1% del agua en la tierra se encuentra en ríos y lagos, que son las zonas de más fácil acceso.

En los últimos tiempos, el avance de la desertificación en muchos lugares del planeta y la escasez de agua dulce disponible para la cada vez mayor población del planeta, hace que el ser humano se plantee seriamente la forma de obtener más agua potable para sus necesidades. Y cuál es el lugar del planeta donde más abunda: el MAR.

Pero el gran problema que tiene el agua de mar es su salinidad, lo cual hace prohibitivo su consumo, dado que en caso de que bebiéramos directamente agua de mar produciría de inmediato la deshidratación de nuestro organismo con fatales consecuencias.

La salinidad del agua de mar oscila entre los 35 y 45 gramos por litro dependiendo de la zona geográfica. Sin embargo, el agua para el consumo humano no debe tener más de 0,5 gramos por litro en sal, ni tampoco ser agua destilada, en ambos casos no son provechosas para nuestro organismo. Por tanto, si se quiere obtener agua potable apta para el consumo humano a partir del agua del mar se tendrá que separar las sales que contiene hasta llegar a unas concentraciones que la hagan potable (< 0,5 gramos por litro). Este proceso se conoce como desalación del agua de mar.

 

Técnicas de desalación

La energía solar es el principal motor para la formación de agua dulce a partir del agua del mar. La energía térmica recibida gracias a la radiación del sol es absorbida por la superficie de la tierra y los océanos que genera el suficiente gradiente térmico para poder evaporar agua de la superficie. El agua evaporada se eleva a gran altura y se va acumulando en la atmósfera generando así las nubes. Las nubes son movidas por el viento y las corrientes de aire sobre la tierra, donde el agua cae en forma de precipitaciones.

Sin embargo, las precipitaciones se ven afectadas por las condiciones geográficas, temperatura y humedad del ambiente, por lo que pocas veces llueve en las zonas donde más falta hace. El patrón de viento, las formas geográficas, y las condiciones ambientales genera que haya zonas del planeta donde los niveles de precipitación son constantes, por ejemplo las zonas afectadas por las estaciones de monzones, y otras áreas geográfica de muy baja precipitación, como son las zonas desérticas.

Por lo tanto, como resulta poco probable poder tener el control sobre las nubes para dirigir las precipitaciones hacia aquellas zonas donde más se necesite el agua, se hace necesario dirigir los esfuerzos hacia otros métodos más eficaces para poder obtener agua dulce de aquellas fuentes donde el agua sea abundante y de fácil acceso: el mar. De nuevo, parece todo apuntar que la desalación del agua de mar a gran escala se vislumbra como uno de los métodos que a corto plazo puede resolver en gran medida la escasez de agua dulce en el planeta.

Los procesos industriales de desalación implican la separación de la sal contenida en el agua de mar o salobre, dando como resultado dos flujos, uno por donde se expulsan las sales que son extraídas del agua de mar y que salen concentradas en una corriente de salmuera rechazada, mientras que por otro lado se obtendría un flujo de agua dulce.

 

 

 

Los procesos de desalación industriales emplean básicamente dos tipos de tecnologías, que son:

-  Los métodos de separación térmicos, o

-  Los métodos a través de membranas.

A su vez, las técnicas de separación térmica para la desalación de agua de mar o salobre incluyen dos categorías principales: la primera está constituida por una fase de evaporación seguida de condensación del agua evaporada, y la segunda es mediante enfriamiento seguido de una cristalización de cristales de hielo.

Sin embargo, los procesos basados en las técnicas de desalación térmicas están quedando obsoletas en su mayoría, siendo las técnicas de membrana las más usadas en la actualidad (prácticamente en un 80%). Además, la tendencia es que siga aumentando en un futuro.

Dentro de las técnicas de membrana usadas para la desalación, la más empleada con diferencia es la ósmosis inversa en un 90% (conocida por sus siglas en inglés RO, "Reverse Osmosis"), frente a la electrodiálisis, empleada en un 10% restante.

 

Pero, ¿en qué consiste la Ósmosis?

El fenómeno de Ósmosis se basa en la búsqueda del equilibrio. Cuando se ponen en contacto dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos, éstos se mezclarán hasta que la concentración sea finalmente uniforme en todos los puntos.

Pero si estos fluidos estuvieran separados por una membrana semipermeable, que no permitiera el paso de uno de los fluidos, entonces el fluido que se movería a través de la membrana sería el de menor concentración de sólidos disueltos hacia el de mayor concentración, de tal forma que terminaría disminuyendo también la concentración del fluido más concentrado inicialmente.

Este fenómeno recibe el nombre de ósmosis, palabra que deriva del griego "osmos", que significa "impulso". Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica. Y en este sentido, entendemos por presión osmótica, a aquella que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable

Como se observa en la ilustración adjunta, al cabo de un tiempo, el contenido en agua será mayor en uno de los lados de la membrana. La diferencia de altura entre ambos fluidos coincide con la presión osmótica. Entonces, si se aplicara una presión superior a la presión osmótica en el lado de la solución concentrada, se produciría el efecto contrario. Es decir, el flujo pasaría a través de la membrana hacia el lado del fluido menos concentrado, mientras que los sólidos disueltos quedarían retenidos en la membrana. A esto proceso se le denomina ósmosis inversa.

 

 

 

Definición del proceso de Ósmosis Inversa (RO)

El proceso de ósmosis inversa es quizá el método más sencillo para desalar agua de mar o salobre y en el que se obtiene un mejor rendimiento energético. El sistema toma su nombre porque en él se lleva a cabo el paso de flujo de las soluciones en forma contraria a los procesos osmóticos normales, donde las soluciones más concentradas se desplazan de forma espontánea hacia las soluciones menos concentradas para equilibrar la concentración final.

Es decir, en los procesos de ósmosis inversa se obliga a que las soluciones menos concentradas se desplacen hacia las más concentradas, a través de una membrana semipermeable, para lo cual será necesario aplicar una presión adicional externa para lograr la separación del agua y la sal en la membrana. Esta presión necesaria para que tenga lugar el proceso deberá ser mayor a la presión osmótica del agua a tratar. Y además, cuanto mayor sea la salinidad del agua, mayor será su presión osmótica a superar.

 

 

 

Por tanto, mediante la desalación por osmosis inversa se va a conseguir separar una corriente entrante de agua salada en dos corrientes de salida, resultado de hacer pasar a la corriente de agua salada por una membrana semipermeable a una presión mayor a la presión osmótica del agua de alimentación.

Esta membrana semipermeable va a permitir el paso de líquido, pero no el de las sales disueltas, de modo que se obtiene como resultado dos corrientes de agua: una corriente de alta concentración de sales disueltas, denominada rechazo, y otra corriente de muy baja concentración de sales disueltas que constituye el flujo de agua dulce que buscamos.

Pero para poder realizar la desalación de cualquier agua de mar o salobre, es necesario tratar el agua de alimentación antes de que llegue a las membranas, ya que éstas son muy sensibles a poder ensuciarse por lo que perdería gran parte de su efectividad. Por ello se hace necesario someter al agua de mar a un tratamiento previo intensivo con objeto de eliminar impurezas y cuerpos extraños que puedan obstruir o dañar a las membranas.

Así, el proceso de desalación comienza con un sistema de captación de agua de mar, seguido de un sistema de previo de tratamiento físico y químico, consistente en filtros de arena y filtros de carbón activado (físico), de dosificación (química) para regular el pH del agua de alimentación, y de la adición de anti-incrustantes para evitar depósitos de sal en las membranas, así como bastidores de membranas de ósmosis inversa para eliminar las sales que se vayan recogiendo.

Además, según la utilidad que vaya a darse al agua resultante del proceso, será necesario someterla a algún tratamiento posterior de modo que alcance la calidad suficiente para la aplicación a la cual esté destinada, bien sea para consumo humano, o para riego de cultivos.

De esta manera, una vez desalada el agua, el flujo de agua "buena" se hace pasar por un tren de postratamiento para desinfectar el agua, usando de manera individual y de acuerdo con el uso final del agua producto, lámparas UV, cloración y ozonación, lo que permitirá asegurar que se obtenga una calidad del agua acorde a su uso para ser distribuida o almacenada.

En la siguiente ilustración, se puede observar qué etapas abarcan cada una de estas fases del proceso de desalación destinado a la obtención de agua potable. Es de señalar, que la mayor parte del consumo energético de una planta de desalación se destina a presurizar el agua de mar, con objeto de que el flujo de entrada alcance una presión mayor a la osmótica, necesario para que el proceso de ósmosis inversa pueda tener lugar.

 

 

 

La eficiencia de todo el proceso depende del consumo energético de las bombas de alta presión y de la eficacia de los equipos de recuperación que aprovechan la presión del flujo de rechazo de salida para generar presión sobre parte del caudal de alimentación, consiguiéndose así disminuir en parte la presión necesaria que deben ser aportada por las bombas.

Una planta desaladora puede ser más o menos compleja según el caudal o el tipo de agua a tratar y debe contemplar todos los elementos, desde la toma de agua salada de alimentación hasta el depósito final para el almacenamiento del agua potable resultante.

Publicado: 08.SEP.2022

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Hermenegildo Rodríguez Galbarro

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