La desalación o desalación del agua consiste en la obtención de agua potable para el consumo humano a través de la separación de las sales de una disolución salobre. Este agua, además de ser utilizada para el consumo humano, puede ser destinada a la industria o la agrícultura. El proceso de ósmosis inversa es el sistema de desalinización más extendido y avanzado en todo el mundo.
El proceso de ósmosis inversa consiste en aplicar presión sobre una solución de agua salada y hacerla pasar a través de una membrana semipermeable cuya función es permitir el paso del disolvente (el agua) a través suya, pero no el soluto (las sales disueltas). El resultado es un agua con un nivel de pureza muy alto, adecuada para potabilización o procesos industriales exigentes.
1. Principio de funcionamiento de la desalación por ósmosis inversa
La desalinización de agua es el proceso que elimina las sales disueltas y otros compuestos del agua marina. El objetivo es claro: obtener agua apta para consumo humano o uso industrial. Este tratamiento de aguas se aplica en zonas con escasez de recursos hídricos, donde el mar se convierte en una fuente constante y fiable para garantizar el suministro.
El núcleo del proceso de desalación es el proceso de Osmosis Inversa. Consiste en una bomba de alta presión seguida de un mecanismo de Recuperación Energética y las membranas de ósmosis inversa. El disolvente (el agua) pasa a través de la membrana, desde el lado donde la concentración de sales es más elevada hacia el lado donde la concentración de sales es menor.
El resultado es que la parte de la solución concentrada se agota en favor de la dulce, que se ve incrementada. Este proceso de tratamiento de agua se realiza gracias al aporte de energía exterior en forma de presión, y que vence a la presión osmótica natural presente en dicha solución.
Un fabricante de agua para botes funciona utilizando el proceso de ósmosis inversa que se enfoca específicamente en las impurezas en el agua, como la sal y los minerales, y las excluye del agua del producto terminado. Esto se hace mediante el empleo de bombas de presión, que empujan el agua no tratada a través de elementos de membrana semipermeable que utilizan poros pequeños para filtrar estos contaminantes no deseados que pasan junto con el agua.
Se ha comprobado que una potabilizadora de calidad para veleros elimina hasta el 99 por ciento de la sal disuelta y los minerales del agua de mar. Posteriormente, los contaminantes se eliminan con un chorro de agua y el agua recién purificada se mantiene y está lista para ser utilizada.
2. Esquema general de una planta desaladora
Una planta desaladora trabaja en varias etapas bien definidas. Cada una cumple una función concreta dentro del tratamiento:
- Captación del agua de mar.
- Pretratamiento físico y químico.
- Bombeo de alta presión.
- Recuperación de energía del concentrado.
- Ósmosis inversa mediante membranas semipermeables.
- Gestión de la salmuera.
- Postratamiento del permeado.
- Desinfección, almacenamiento y distribución del agua tratada.
El agua de alimentación puede proceder de una toma abierta o de un pozo de playa. El caudal, la calidad del agua de entrada y el uso final determinan el tipo de filtración y desalación necesarios.
Esquema de equipos y líneas de proceso
| Número | Equipo o etapa | Función principal |
|---|---|---|
| 1 | Alimentar con agua cruda | Entrada del agua de mar al sistema |
| 2 | Sistema de dosificación de precloración | Tratamiento químico inicial |
| 3 | Tanque de almacenamiento de agua cruda | Regulación y almacenamiento intermedio |
| 4 | Bomba de alimentación y retrolavado | Impulsión del agua y limpieza de filtros |
| 5 | Filtro multimedia para reducir la turbidez y los sólidos en suspensión | Retención de partículas y reducción de turbidez |
| 6 | Filtro de carbón activado para cloro, olor, sabor, eliminación orgánica.al | Eliminación de cloro, compuestos orgánicos, olor y sabor |
| 7 | Sistema de dosificación antiincrustante | Prevención de incrustaciones en las membranas |
| 8 | Sistema de ósmosis inversa de agua de mar comercial | Separación de sales y producción de permeado |
| 9 | El sistema de esterilización ultravioleta UV | Desinfección del agua |
| 10 | Tanque de agua de producto | Almacenamiento del agua desalinizada |
| 11 | Bomba de represurización | Elevación de la presión de distribución |
| 12 | Filtro de calcita para post-neutralización del pH | Ajuste del pH y remineralización |
| 13 | Agua tratada para usar | Salida destinada al consumo o al uso final |
3. Captación y alimentación de agua de mar
La captación constituye el primer punto de control de la planta. La fuente de agua de mar puede ser una toma abierta o un pozo de playa, y esta elección influye en la calidad del agua que llega al pretratamiento.
En un diseño de referencia, el sistema de captación de agua de mar constará de 8 pozos verticales (+2 de reserva), con una bomba sumergible en cada uno que impulsará el agua de mar hasta el depósito intermedio. La redundancia permite mantener la disponibilidad del sistema cuando una parte de los equipos se encuentra fuera de servicio.
Antes de seleccionar y dimensionar la unidad de ósmosis inversa se debe proporcionar la tasa de flujo (GPD, m³ / día, etc.), el agua de alimentación TDS o la fuente del mar (por ejemplo: Pacífico, Mediterráneo, etc.) y la fuente de agua de mar (toma abierta o pozo de playa).
4. Pretratamiento del agua de mar
Antes de eliminar la sal, el agua debe limpiarse. La filtración de agua de mar protege los equipos y garantiza que el sistema funcione de forma estable. Durante esta fase se eliminan arenas, algas, sólidos en suspensión y materia orgánica.
Si estos elementos entran en el sistema sin control, colmatan las líneas, reducen el rendimiento y disparan los costes de mantenimiento. Una buena prefiltración alarga la vida útil de las membranas de ósmosis y estabiliza todo el sistema.
4.1. Filtración multimedia
El pretratamiento físico consta de una filtración mediante filtros de arena, donde se instalarán 6 filtros (+2 de reserva) del fabricante POLTANK. El filtro multimedia reduce la turbidez y los sólidos en suspensión antes de que el agua llegue a las membranas.
TSS debe eliminarse antes que el sistema SWC comercial. Se debe eliminar la turbidez, el SDI debe ser inferior a 3 y el agua debe estar libre de aceite y grasa.
4.2. Filtración de seguridad
Esta es la etapa crítica para proteger las membranas. Se usan filtros de cartucho de alta eficiencia, filtros de arena o bolsas para retener partículas y reducir el índice de densidad de sedimentos (SDI).
Se procede a realizar una segunda filtración de seguridad para proteger las membranas de ósmosis inversa, instalando 10 filtros de cartuchos del fabricante HARMSCO con 200 cartuchos en el interior de cada uno.
Entre las características estándar se incluye un pre filtro de cartucho resistente de 5 micrones, junto con manómetros de pre filtro 316 SS llenos de glicerina.
4.3. Acondicionamiento químico
El pretratamiento químico consta de la adición de Hipoclorito Sódico, Ácido Sulfúrico, Cloruro Férrico, Bisulfito Sódico y un antiincrustante, que serán almacenados en depósitos de PRFV proporcionados por la empresa AIQSA.
Se requiere una dosificación anti Escalante. Se debe eliminar el cloro antes de que el agua entre en las membranas, ya que las membranas de poliamida ultrafina se pueden contaminar con bacterias y por ese motivo el agua debe pasar un tratamiento.
El filtro de carbón activado se utiliza para cloro, olor, sabor y eliminación orgánica. Los sistemas de dosificación química, los medios y sistemas de prefiltración de hierro, los sistemas de ozonización y esterilización UV y los ablandadores de agua forman parte de las opciones disponibles de una instalación.
4.4. Contaminantes que deben eliminarse antes de la ósmosis inversa
- El hierro, el manganeso y el sulfuro de hidrógeno deben eliminarse antes de que el agua ingrese a la unidad de ósmosis inversa.
- H2S, la turbidez y la materia orgánica deben eliminarse.
- El agua debe estar libre de aceite y grasa.
- Se debe eliminar el cloro.
- Se debe eliminar la turbidez.
- El SDI debe ser inferior a 3.
5. Bomba de alta presión
Con anterioridad a la entrada de agua a las membranas de ósmosis inversa, agua de mar clarificada es presurizada por la Bomba de Alta Presión típicamente entre 55 y 85 bares, dependiendo en la temperatura y la salinidad del agua.
| Parámetro | Valor o alternativa |
|---|---|
| Tipo de bomba | émbolo o pistón |
| Presión de diseño | 55-85 bares |
| Materiales | Titanio; Bronce; Aleación CO/ Ni; Acero Inoxidable Duplex; Super Duplex |
| Máx. caudal por bomba | 250 m3/h |
La bomba de alta presión trabaja a una presión de diseño de 69,8 bar, superando la presión osmótica del agua de alimentación. Se instalarán dos bombas de alta presión en la planta, una para cada línea de producción, cuyo fabricante es SULZER.
Se requiere el uso de bombas de alta presión para operaciones de tratamiento con respecto al agua de mar ya que posee mayores grados de sal y otros contaminantes. La presión de trabajo indicada para la operación se encuentra entre 700 a 1.000 psi.
6. Recuperación energética del concentrado
La pérdida de presión en las membranas de OI está entre 0.5-1 bar, dependiendo del número de elementos por tubo de presión, así el concentrado deja el sistema a alta presión. Gracias a los Mecanismos de Recuperación Energética, es posible reutilizar la energía del caudal del concentrado.
El concentrado es dirigido al MRE o ERD, dónde se transfiere directamente la energía a parte del agua de entrada. Existen 2 conceptos principales de recuperación energética:
- Turbina de Recuperación Energética, TRE (en inglés, Energy Recovery Turbine,ERT).
- Intercambiador de Presión, IP (en inglés, Pressure Exchanger, PX).
| Caudal | Tipo de mecanismo | Ahorros energéticos | Costos |
|---|---|---|---|
| > 5 m3/h | Turbina de Recuperación Energética (TRE o ERT) | 30-45% | + |
| > 5 m3/h | Intercambiador de Presión (IP o EX) | 40-65% | +++ |
Ejemplo de consumo energético
| Configuración | Potencia requerida | Energía específica |
|---|---|---|
| Sin MRE o ERD | 220 kW | 5.5 kWh/m3 |
| Con TRE o ERT | 122 kW | 3.1 kW/h |
| Con IP o PX | 98 kW | 2.4 kWh/m3 |
Ejemplo: Caudal agua salada : 100 m3/h. Presión : 55 bares. Recuperación OI : 40%. Caudal agua permeada: 40 m3/h.
El sistema de recuperación de energía está formado por 12 intercambiadores de presión PX-Q300 del fabricante HYDRANAUTICS, junto con una bomba Booster SULZER. Se recuperará un 79,9% de la energía empleada en el proceso.
7. Membranas y módulos de ósmosis inversa
Las membranas más comúnmente usadas en desalación por OI son de enrollado espiral (spiral wound) Thin Film Composite. Consisten en unas capas lisas selladas como un sobre y enrolladas en espiral.
Existen 3 diámetros típicos de membranas: 2.5", 4" y 8". Las membranas de OI de agua salada poseen un caudal de permeado máximo que varía entre 1.4 y 37.9 m3/d, por lo tanto muchas membranas son a menudo requeridas para cumplir los requerimientos de producción de permeado de la planta.
Las membranas son situadas en series en tubos de presión y el número de elementos de membrana por tubo de presión puede variar desde 1 hasta 8. Los tubos de presión (en inglés, pressure vessels, PV) son situados en paralelo para satisfacer el caudal de las membranas y las especificaciones de presión así como los requerimientos de producción de la planta.
El número total de membranas y de tubos de presión requeridos y su distribución depende del caudal de permeado y la presión aplicada, así mismo de la salinidad y la temperatura.
La serie de membranas utilizada en el diseño de una planta depende de la capacidad necesaria, la salinidad del agua de alimentación, la temperatura, la conversión prevista y la presión de operación.
Configuración de una línea de producción
La unidad de ósmosis inversa trabaja con una conversión del 45% y está compuesta por 42 tubos de presión BEL-8-S-1200-RO y 294 membranas SWC4 MAX por cada línea de producción, ambos del fabricante HYDRANAUTICS.
El agua entra a alta presión en los módulos de membrana. La salmuera, o concentrado, se rechaza y devuelve al mar, y el agua desalada, o permeado, continúa el proceso.
A través de este proceso, de cada litro que se procesa se obtiene medio litro de agua lista para el consumo humano. El medio litro restante, que presenta una gran concentración de sales y minerales, se devuelve al mar.
8. Balance de producción y conversión
La conversión, también denominada recuperación, expresa la proporción del agua de alimentación que se transforma en permeado. El resto abandona el sistema como concentrado con una concentración elevada de sales y minerales.
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Conversión de cada línea | 45% |
| Número de líneas | 2 |
| Producción conjunta | 16.000 m3 de agua potable |
| Municipios abastecidos | Los Llanos de Aridane y Tazacorte |
| Población total | 25.206 habitantes |
El objetivo del presente Trabajo Fin de Grado es diseñar una planta desaladora de agua de mar por ósmosis inversa localizada en la isla de La Palma. Dicha planta cuenta con dos líneas de producción con una conversión del 45% cada una, capaz de producir entre ambas 16.000 m3 de agua potable, que abastecerán a los municipios de Los Llanos de Aridane y Tazacorte, con una población total de 25.206 habitantes.
Con el funcionamiento de una sola línea se abastecerá a los municipios en temporada baja, mientras que, en temporada alta, las dos líneas estarán activas. Esta configuración permite adaptar la producción a la demanda y mantener una línea disponible para operación, reserva o mantenimiento.
9. Separación del permeado y la salmuera
En la filtración por ósmosis inversa se produce la separación física de sales. La salmuera (concentrado) se rechaza y devuelve al mar, y el agua desalada (permeado) continúa el proceso.
El residuo resultante del proceso es la salmuera, agua residual con una alta concentración de sal y contaminantes, que en muchos casos se vierte al mar y afecta a los ecosistemas.
También hay un riesgo de filtraciones que pueden contaminar los acuíferos de la costa. La gestión del concentrado debe integrarse en el diseño de la planta junto con la captación, la descarga, la mezcla y el control del impacto ambiental.
Manzoor Qadir, coautor del estudio, propone "convertir un problema ambiental en una oportunidad económica". Y en el estudio se citan algunas de ellas: utilizar la salmuera para la acuicultura, para generar electricidad o para recuperar los metales contenidos en ella, como el magnesio, el yeso, el calcio, el potasio, el cloro o el litio.
10. Postratamiento del agua desalada
El agua resultante es tan pura que debe ajustarse para su uso final. Se corrige el pH y se remineraliza cuando el destino es el consumo humano. Este paso es clave para la potabilización efectiva del agua.
El agua producto se somete a un postratamiento que consiste en una dosificación de CO2 y su posterior paso por unos lechos de calcita, con flujo ascendente y una altura constante de 3 metros. Se instalarán 4 lechos de calcita para la totalidad de la planta.
A continuación, se realizará una dosificación de Hipoclorito Sódico que actúa como desinfectante. Finalmente, una vez el agua producto cumple con los requisitos establecidos por la legislación vigente, es impulsada por una bomba trasvase, del fabricante SULZER, hasta el depósito de abastecimiento de los municipios.
Etapas habituales del postratamiento
- Ajuste del pH.
- Remineralización mediante calcita.
- Desinfección mediante hipoclorito sódico.
- Esterilización ultravioleta UV.
- Almacenamiento en el tanque de agua de producto.
- Represurización para la distribución.
La calidad del agua destinada al consumo humano debe verificarse antes de su distribución. El agua potable producida en la planta deberá cumplir estrictamente las exigencias del Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, por el que se establecen los criterios de calidad del agua para consumo humano.
11. Limpieza y mantenimiento de las membranas
Una planta de ósmosis inversa necesita controlar de forma continua la calidad del agua de alimentación, la presión, el caudal, la conductividad y el estado de las membranas. La materia orgánica, las partículas, los microorganismos y las incrustaciones pueden reducir la producción y aumentar la presión necesaria.
Los potabilizadores se han ganado la reputación de volverse difíciles de mantener durante un período de tiempo, pero a lo largo de los años la maquinaria ha cambiado y, en general, el mantenimiento diario se ha simplificado mucho. Sin embargo, mantener su potabilizadora pulida para un rendimiento de calidad es fundamental.
Una potabilizadora para embarcaciones que se opera en puertos contaminados conducirá inevitablemente a piezas obstruidas y requerirá ajustes frecuentes del medio filtrante. Los navegantes pueden sobrevivir si tienen más filtros a bordo, pero no es aconsejable.
El clima es mucho más seguro en mar abierto y fondeaderos aislados. Recuerde también la poca profundidad del agua donde está anclado, ya que a menudo se producirán movimientos de marea que agitarán pequeñas partículas y sedimentos.
Esto también puede dar lugar a ajustes adicionales en el filtro e incluso puede afectar a otras partes. Una descarga automática de agua dulce es una buena opción que limpiará la parte de la membrana del productor de agua marina después de su uso.
Significa mantener la carcasa del recipiente de la membrana a salvo de cualquier materia orgánica que pueda ensuciar la membrana y reducir la capacidad de generar agua dulce.
Limpieza química
Se diseña un sistema de limpieza para las membranas de ósmosis inversa, donde se dosificará un limpiador ácido “Genesol 37” y, posteriormente, el agua será filtrada por cuatro filtros de cartuchos, del fabricante HARMSCO.
El agua para el lavado químico será impulsada por una bomba de la marca SULZER. La limpieza de membranas debe coordinarse con el control de presión diferencial, la disminución del caudal de permeado y el aumento de la conductividad del agua producto.
12. Parámetros técnicos de operación
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Temperatura máxima del agua de alimentación | 42 ° C |
| Agua de alimentación TDS | 10.000-42.000 ppm |
| Actualización de equipos | TDS de hasta 50.000 ppm |
| Presión de trabajo | 700 a 1.000 psi |
| Rango de tolerancia del pH | 3-11 |
| Presión de alimentación de agua | 40 a 80 psi |
| Contenido máximo de hierro | 0.05 ppm |
| Dosificación requerida | anti Escalante |
| Condiciones del agua | H2S, la turbidez y la materia orgánica deben eliminarse |
Al elegir el modelo de potabilizador correcto, se debe proporcionar la tasa de flujo (GPD, m³ / día, etc.), el agua de alimentación TDS o la fuente del mar, la fuente de agua de mar, el voltaje, la fase y la frecuencia disponibles y las dimensiones del área propuesta donde se instalará el sistema SWC comercial.
13. Capacidades de sistemas comerciales de ósmosis inversa
La serie SWC está disponible con capacidades que van desde 380 GPD hasta 10,000 GPD y un TDS máximo de agua de alimentación de 42.000 ppm. Las unidades comerciales se pueden configurar con diferentes números de membranas y tubos de presión para adaptar la producción al caudal requerido.
| Número de modelo | GPD | M3/Día | HP | Membranas | Dimensiones | Peso (Libras) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SW-0.38K-125 | 380 | 1.4 | 2 | 1 | 51X21X30 | 220 |
| SW-0.75K-225 | 750 | 2.8 | 2 | 2 | 51X21X30 | 230 |
| SW-1.1K-325 | 1,100 | 4.2 | 2 | 3 | 51X21X30 | 250 |
| SW-1.5K-425 | 1,500 | 5.7 | 3 | 4 | 51X21X30 | 290 |
| SW-1.0K-104 | 1,000 | 3.8 | 3 | 1 | 61X34X42 | 395 |
| SW-2.0K-204 | 2,000 | 7.8 | 5 | 2 | 61X34X42 | 500 |
| SW-3.0K-304 | 3,000 | 11.3 | 5 | 3 | 61X34X42 | 360 |
| SW-4.0K-404 | 4,000 | 15.1 | 7.5 | 4 | 61X34X42 | 500 |
| SW-5.0K-504 | 5,000 | 18.9 | 7.5 | 5 | 61X34X42 | 750 |
| SW-6.0K-604 | 6,000 | 22.7 | 7.5 | 6 | 61X34X56 | 850 |
| SW-7.0K-704 | 7,000 | 26.5 | 10 | 7 | 61X34X56 | 970 |
| SW-8.0K-804 | 8,000 | 30.3 | 10 | 8 | 61X34X61 | 1,050 |
| SW-10K-1004 | 10,000 | 37.9 | 15 | 10 | 61X34X61 | 1,150 |
14. Elementos constructivos y de control
Los sistemas de ósmosis inversa de agua de mar cuentan con un diseño compacto único e innovador que permite una fácil instalación en cualquier tamaño de área. El marco con recubrimiento de polvo resistente a la corrosión de alto grado presenta un diseño modular que permite que el sistema se divida en múltiples conjuntos para facilitar el montaje.
La serie SWC también está equipada con componentes premium que incluyen una bomba de alta presión de tipo centrífugo SS dúplex para alto rendimiento y resistencia a la corrosión, un controlador de computadora programable con muchas características integradas, carcasas de membrana de fibra de vidrio de 1000 psi para mayor durabilidad, y EE. UU. membranas de agua de mar fabricadas para producir agua de alta calidad.
- Interruptores de baja y alta presión.
- Monitor TDS de permeado.
- Tubería de alta presión de acero inoxidable.
- Válvula de estrangulación de acero inoxidable para la corriente de rechazo.
- Marco de acero recubierto de polvo.
- Bomba SS resistente al agua de mar.
- Panel de control basado en microprocesador / PLC y VFD.
- Medidores de flujo de producto y rechazo.
- Membranas enrolladas en espiral TFC.
- Cajas de membrana FRP.
- Válvula de cierre de alimentación automática.
Entre las opciones disponibles se encuentran la recuperación de energía en GPD de 64K y mayor, los sistemas de dosificación química, los medios y sistemas de pre filtración de hierro, los sistemas de ozonización y esterilización UV, los ablandadores de agua, los post polidores de desionización, el control remoto, el interruptor del controlador del nivel del tanque del producto, el controlador de pH de alimentación con sensor, el regulador ORP de alimentación con sensor, los contadores de agua y horas, el monitor de conductividad del agua de alimentación, el deslizamiento de limpieza de membrana y la descarga automática por hora.
También pueden incorporarse mezcla de alimentación / permeado, exportar en cajas, fuente eléctrica 380-415V/3Ph/50Hz y fuente eléctrica 220V/3Ph/60Hz.
15. Dimensionamiento del sistema
El número total de membranas y de tubos de presión requeridos y su distribución depende del caudal de permeado y la presión aplicada, así mismo de la salinidad y la temperatura. La capacidad de la planta debe establecerse a partir del consumo previsto, la calidad exigida y la disponibilidad de agua de alimentación.
El costo del sistema de ósmosis inversa para embarcaciones depende del equipo de pre y postratamiento seleccionado, como por ejemplo: dosificación previa a la cloración, filtro de medios, filtro de carbón, dosificación de antiincrustantes, componentes NSF, controlador avanzado, instrumentos avanzados, filtro de eliminación de hierro, aplicación de alto TDS, hasta 50.000 ppm, sistema montado sobre patines, filtro de calcita, energía del sistema trifásico VFD con variador de frecuencia, enjuague con agua dulce y patín de limpieza de membranas.
El voltaje, la fase y la frecuencia disponibles, así como las dimensiones del área propuesta donde se instalará el sistema SWC comercial, deben considerarse desde la fase inicial del diseño.
16. Aplicaciones de las plantas desaladoras
Las plantas desaladoras se usan en zonas costeras con estrés hídrico, islas, complejos turísticos, industria alimentaria, química y energética. Cada aplicación exige un diseño distinto.
- Barcos de carga.
- Desarrollos costeros.
- Centros turísticos y hoteles.
- Sitios de trabajo en la playa.
- Cruceros.
- Villas junto al mar.
- Barcos de pesca.
- Plantas de procesamiento de pescado.
- Tanques de aceite.
- Comunidades en islas.
- Empresas basadas en la isla.
- Pueblos y ciudades.
- Yates.
- Plataformas marinas.
Antes de los avances tecnológicos, tener una potabilizadora a bordo de un barco de crucero se consideraba un artículo de lujo deseable. Hoy en día, la mayoría de los veleros llevan un sistema de ósmosis inversa, que mejora la experiencia general de zarpar, específicamente en áreas donde no hay agua dulce disponible.
Si bien es posible que no se requieran fabricantes de agua para los barcos cerca del muelle, los navegantes que navegan por lugares en alta mar dependen del fabricante de agua del velero para la hidratación diaria. Los viajes de larga duración en el mar se hacen mucho más convenientes con una potabilizadora de calidad a bordo y son posibles para los navegantes que sueñan con vivir fuera de la red.
Otras necesidades básicas, como ducharse y cocinar, son posibles navegando con una potabilizadora de crucero. El agua producida por los desalinizadores marinos es de la más alta calidad y se puede utilizar para beber, lavarse, ducharse, etc.
17. Ventajas de la desalación mediante ósmosis inversa
La potabilización de agua de mar permite disponer de un suministro constante e independiente de la lluvia. Reduce la presión sobre acuíferos sobreexplotados y embalses bajo mínimos.
También garantiza una calidad estable, algo esencial en procesos industriales, agrícolas y municipales. El control del proceso ofrece seguridad sanitaria y continuidad operativa.
La ósmosis inversa es el proceso más usado y consume menos energía que el resto al basarse en el uso de membranas semipermeables que dejan pasar el agua, pero no la sal. Su implantación supone más del 60 % respecto al resto de métodos.
El agua cubre el 70 % de nuestro planeta y es fácil pensar que hay más que suficiente. Sin embargo, el agua dulce es escasa en el mundo -solo lo es el 3 %- y dos tercios no están disponibles, ya que se encuentran en forma de hielo o son inaccesibles.
Se da la paradoja de que muchas de las zonas afectadas por la escasez de agua dulce tienen el mar muy cerca y ahí es donde la desalinización puede ayudar.
18. Limitaciones e impacto ambiental
A pesar de que más de la mitad de la población vive a menos de 100 kilómetros del mar, la desalinización solo se ha empleado hasta ahora en circunstancias extremas. Esto se debe a que este proceso es mucho más costoso y requiere mucha más energía que otros métodos de obtención de agua potable.
Además, muchos procesos de desalinización requieren calentar el agua, presurizarla o ambas cosas, lo que tiene un elevado coste energético. La solución en este caso consiste en emplear energías renovables, como la solar, para reducir el consumo de las desalinizadoras.
La desalinización es una necesidad creciente a medida que disminuyen las reservas de agua dulce en el mundo. Combinada con un uso responsable de los recursos hídricos, puede ser clave para solucionar la escasez de agua en el futuro, pese a algunas desventajas que conviene no pasar por alto.
El proceso de desalación del agua no está libre de impacto, ya que el residuo resultante del proceso es la salmuera, agua residual con una alta concentración de sal y contaminantes, que en muchos casos se vierte al mar y afecta a los ecosistemas.
Otra posible vía para una desalinización sostenible consiste en emplear la biotecnología, por ejemplo, mediante cultivos de cianobacterias que son capaces de procesar el agua del mar formando a su alrededor un depósito de baja salinidad.
Pero el futuro de la desalinización podría ser mucho más verde que en la actualidad. En este sentido, hay múltiples proyectos que están buscando maneras de llevar a cabo el proceso de la desalinización de una forma más eficiente.
Uno de ellos es el proyecto europeo llamado Sea4Value, que pretende extraer los minerales y metales de alto valor que provienen de los efluentes generados por la desalinización.
19. Comparación con otros métodos de desalinización
Existen diferentes métodos para minimizar los niveles de salinidad en el agua, aunque el proceso de ósmosis inversa es el sistema de desalinización más extendido y avanzado en todo el mundo.
Destilación
La destilación, consistente en hacer hervir el agua de mar en un alambique, recoger el vapor y condensarlo para obtener agua dulce, es el método más evidente para eliminar la sal, pero no el más efectivo ya que consume grandes cantidades de energía.
Este método se produce en varias etapas. En cada una de ellas el agua salada se evapora y se condensa en agua dulce. La presión y la temperatura descienden en cada etapa.
Destilación solar
Imitando el ciclo del agua, consiste en evaporar agua de mar en grandes instalaciones con cubiertas donde se condensa y se recoge en forma de agua dulce. Aunque la energía usada es la propia del calor del sol, se requieren grandes extensiones de terreno.
Congelación
El agua de mar se pulveriza en una cámara refrigerada. Ahí se forman cristales que se separan y se lavan con agua normal para obtener el agua dulce.
Evaporación relámpago
A través de este proceso de desalinización, el agua agua se introduce en gotas sobre una cámara a baja presión. Estas se convierten en vapor se condensan posteriormente. Este proceso se repite hasta conseguir el grado de desalación óptimo.
Electrodiálisis
Consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través de una solución iónica. De esta manera el agua se desaliniza obteniéndose agua dulce.
Consiste en mover el agua salada a través de membranas cargadas eléctricamente que atrapan los iones de sal disueltos en el agua, permitiendo extraer agua dulce. Existen diversas variantes de la electrodiálisis, como la convencional y la inversa.
Nanofiltración
Es un proceso que emplea membranas de nanotubos de mayor permeabilidad que las de la ósmosis inversa, lo que permite procesar más agua en menos espacio usando menos energía. Dichas membranas se fabrican con compuestos sulfonados que, además de la sal, eliminan trazas de contaminantes.
Formación de hidratos gaseosos
Los hidratos gaseosos son cristales sólidos que se forman al combinar el agua con un gas, por ejemplo, propano, a alta presión y baja temperatura. Durante el proceso desaparecen todas las sales e impurezas presentes en el agua y al elevar la temperatura se puede recuperar el gas quedando el agua dulce.
20. Aplicación del esquema a una planta de consumo humano
Para una planta destinada al consumo humano, la secuencia debe garantizar que las membranas reciban agua clarificada, sin sólidos, sin aceite ni grasa, con la turbidez controlada, con un SDI inferior a 3 y sin cloro residual incompatible con el material de membrana.
La línea de tratamiento debe integrar captación, almacenamiento intermedio, filtración multimedia, filtración de cartuchos, dosificación química, bombeo de alta presión, recuperación energética, módulos de ósmosis inversa, separación de permeado y concentrado, postratamiento, desinfección y almacenamiento final.
La presión, la conversión, el número de membranas, el número de tubos de presión, la capacidad de las bombas y la recuperación de energía deben determinarse conjuntamente, porque el número total de membranas y de tubos de presión requeridos y su distribución depende del caudal de permeado y la presión aplicada, así mismo de la salinidad y la temperatura.
El agua de producto debe corregir su pH y recuperar una mineralización adecuada antes de ser distribuida. Se corrige el pH y se remineraliza cuando el destino es el consumo humano.
¿Qué es la ósmosis inversa? | Sostenibilidad - ACCIONA
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