La escasez de agua potable es un problema global que ha llevado al desarrollo de tecnologías avanzadas para la potabilización y desalinización del agua. La desalinización de agua es el proceso que elimina las sales disueltas y otros compuestos del agua marina.
La escasez de agua dulce en ciudades, industrias y sociedades de todo el mundo sigue siendo un problema acuciante. En este sentido, recurrir a la desalinización del agua de mar para garantizar un suministro constante que satisfaga la demanda resulta eficaz. La potabilización de agua de mar permite disponer de un suministro constante e independiente de la lluvia. También garantiza una calidad estable, algo esencial en procesos industriales, agrícolas y municipales.
Sin embargo, las plantas desalinizadoras requieren sistemas de filtración robustos para funcionar. La respuesta está en la combinación correcta de filtración y desalinización. Antes de eliminar la sal, el agua debe limpiarse.
Cómo funciona la filtración en una planta desalinizadora
El agua potable es uno de los recursos más fundamentales para nuestra vida diaria. Pero, ¿cómo funciona una desalinizadora? Las desalinizadoras utilizan procesos avanzados para convertir el agua salada en agua dulce. Estos sistemas son complejos, pero cada fase juega un papel fundamental en asegurar que el agua tratada sea potable y segura para el consumo humano.
Todo comienza con la captación del agua de mar, un paso crucial para obtener la materia prima que será tratada. Una vez que el agua de mar es captada, pasa por un proceso de filtración y pretratamiento.
Esto significa que el agua de mar debe someterse a varias etapas de filtración para eliminar impurezas y partículas en suspensión antes de la ósmosis inversa. Durante esta fase se eliminan arenas, algas, sólidos en suspensión y materia orgánica.
Una planta desaladora trabaja en varias etapas bien definidas. Cada etapa en una planta desalinizadora tiene una misión y es importante hacerla bien para el proceso global y para proteger la etapa posterior.
- Captación del agua de mar.
- Pretratamiento físico y químico.
- Filtración y microfiltración.
- Ósmosis inversa u otros procesos de desalinización.
- Postratamiento, corrección del pH y remineralización.
- Almacenamiento y distribución del agua producto.
- Tratamiento y descarga de las salmueras y otros efluentes.
Importancia del pretratamiento del agua de mar
La desalinización del agua del mar presenta desafíos únicos, como la alta concentración de sales y la presencia de organismos marinos. Los sistemas de desalinización necesitan filtros de medios que los protejan.
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).
Los sólidos en suspensión pueden bloquear las membranas, lo que dificulta la filtración adecuada y ralentiza la producción de agua. Un sistema bien filtrado no solo produce mejor agua. Reduce paradas, alarga la vida de los equipos y mantiene el rendimiento de la planta.
En una planta desalinizadora encontramos pretratamiento físico y químico. La instrumentación instalada es la habitual en los procesos de filtración y microfiltración.
En la captación de agua de mar por toma abierta se suelen utilizar prácticamente los mismos instrumentos que en la captación mediante pozos profundos. Por el contrario, el agua de pozo presenta una calidad mejor y es más homogénea. Ahora bien, desde el punto de vista de la garantía de caudal, las ventajas son para la toma abierta. La experiencia demuestra la dificultad de asegurar el caudal de producción en el agua de pozo.
Filtros de arena: primera barrera de protección
La creciente demanda de agua potable ha llevado a la necesidad de implementar tecnologías avanzadas que permitan obtener agua segura para el consumo humano. Los filtros de arena son una parte indispensable de cualquier sistema de desalinización y/o potabilización del agua.
En las plantas potabilizadoras, este tipo de filtros desempeñan un papel crucial en el tratamiento preliminar del agua. Los filtros de arena actúan como una primera línea de defensa al realizar una filtración gruesa.
Dentro de esta sección, es crucial destacar la relevancia de la estructura porosa de la arena en el proceso de retención de impurezas. La porosidad de la arena permite atrapar no solo partículas grandes, sino también microorganismos, algas y bacterias presentes en el agua cruda.
La capacidad de filtración de los filtros de arena no solo se limita a la eliminación de partículas, sino que también desempeña un papel crucial en la mejora general de la calidad del agua. Al filtrar el agua a través de la capa de arena, se logra una retención efectiva de contaminantes que van más allá de lo visible a simple vista.
La capacidad de filtración se ajusta según las necesidades específicas de cada planta potabilizadora o desalinizadora, permitiendo la personalización del proceso para abordar los desafíos particulares del suministro de agua. La capacidad de adaptación y mejora continua de la calidad del agua destaca la importancia de los filtros de arena en la optimización de los procesos de tratamiento.
Medios filtrantes utilizados en las plantas desalinizadoras
La selección de diversos medios filtrantes se debe a que los ingenieros eligen materiales con diferentes propiedades de eliminación de partículas.
| Medio filtrante | Características | Función principal |
|---|---|---|
| Antracita | Material de filtración de grano fino de naturaleza angular. | Eliminación de partículas. |
| Arena de sílice | Uno de los medios de filtración más comunes para tratar el agua. | Filtración de partículas y sólidos en suspensión. |
| Zeolita | Mineral natural con una gran capacidad para atrapar partículas finas en suspensión. | Retención de partículas finas. |
| Piedra pómez | Roca volcánica ligera y porosa. | Medio filtrante para mejorar el tratamiento del agua. |
En las plantas desalinizadoras se emplean diversos materiales de filtración para garantizar un tratamiento eficaz del agua. La antracita es un material de filtración de grano fino de naturaleza angular. La arena de sílice sigue siendo uno de los medios de filtración más comunes para tratar el agua.
La zeolita es un mineral natural con una gran capacidad para atrapar partículas finas en suspensión. La piedra pómez es una roca volcánica ligera y porosa.
La antracita y la arena de sílice, el granate y la piedra pómez son medios de filtración, aunque se utilizan para lograr un objetivo distinto: un mejor tratamiento del agua.
Filtración multicapa
Un lecho de filtración multicapa es un lecho que contiene diversos materiales dispuestos en capas según la densidad y el tamaño de las partículas.
La estratificación también mejora la filtración, lo que permite que el agua se filtre varias veces. La combinación de ambos en sistemas de filtración multicapa permite a los ingenieros desarrollar soluciones más potentes que facilitan una desalinización eficaz.
Es importante estabilizar las operaciones de desalinización mediante la selección de los mejores medios filtrantes. En definitiva, un buen rendimiento de la planta desalinizadora, agua limpia con un mantenimiento mínimo y un suministro de agua estable, gracias a medios filtrantes de alta calidad, fomentan grandes logros.
Filtros de cartucho, bolsas y ultrafiltración
Tanto los filtros de arena como los de cartuchos, cuentan con sus correspondientes válvulas de apertura y cierre.
Como las desalinizadoras sólo pueden utilizarse con agua de mar limpia, el agua bruta pasa primero por prefiltros como el aquaBoll®, que elimina los sólidos en suspensión del agua de alimentación. A continuación, el agua se hace pasar por membranas de ósmosis inversa, que eliminan la sal y otros minerales.
La ultrafiltración es un proceso cada vez más utilizado para los tratamientos de agua. Se realiza mediante una filtración de módulos de membrana que elimina los sólidos suspendidos en el líquido.
Durante la ultrafiltración se utiliza la presión hidrostática para forzar el agua a través de una membrana semi-permeable. Normalmente en los bastidores UF se instalan membranas en espirales con un ciclo de vida superior a las de OI.
Este tipo de membranas están formadas por varias láminas enrolladas sobre un eje cilíndrico con perforaciones. Para conseguirlo, se genera una presión exterior superior a la presión osmótica natural.
Ósmosis inversa después de la filtración
La ósmosis inversa es la tecnología de referencia en las desalinizadoras modernas. La ósmosis inversa industrial es el corazón de la mayoría de procesos de desalación.
El otro proceso que emplea una planta desaladora es mediante el empuje del fluido a través de una membrana especial. Las membranas permiten separar el concentrado del permeado.
La ósmosis es un fenómeno natural que se produce cuando el agua procedente de una solución menos concentrada pasa, a través de una membrana semipermeable, hacia otra solución de mayor concentración. La ósmosis inversa se aplica tanto para la desalinización de agua de mar como salobre.
En este proceso, el agua entra a alta presión en los módulos de membrana. Aquí se produce la separación física de sales. Estas membranas retienen sales, bacterias y contaminantes, dejando pasar solo el agua pura.
El proceso de ósmosis inversa es la pieza clave de toda la instalación. Su implantación va en aumento progresivamente. Actualmente las plantas desaladoras con membranas de osmosis inversas son las más abundantes.
Las bombas de alta presión trabajan a presiones que oscilan entre los 60 y70 bar. En este proceso es donde se produce un gran incremento de presión en las bombas de alta presión. Estas bombas deben garantizar que en la aspiración de las mismas exista una presión adecuada.
Independientemente del tipo o sistema de recuperación de energía utilizado, lo que se suele medir es: presión, caudal y temperatura de los rodamientos de las máquinas.
Desde las turbinas de contrapresión, han evolucionado a las turbinas tipo Pelton. Actualmente, estas han sido superadas por las cámaras intercambiadoras de presión.
Control e instrumentación de la filtración
Para lograr un buen control en una planta desalinizadora se requiere un buen sistema de instrumentación. Se puede tener el conocimiento de lo que sucede en la planta desalinizadora mediante un sistema que consta de: transmisores, elementos de regulación y conexiones entre estos elementos y los programas de automatización de proceso.
Es importante comprender que la información de la instrumentación nos permite controlar todas las partes del proceso. De esta forma, en la fase de captación, con las bombas y válvulas regulables, mediante un lazo de control se controlan.
En cualquier proceso de desalinización, bien sea por ósmosis inversa o procesos térmicos, se necesita controlar y regular el proceso. Las condiciones físicas o químicas se modifican mediante los tratamientos físicos o mediante la adición de reactivos para modificar las condiciones químicas.
Las variables de presión, caudal o en procesos térmicos la temperatura, se modifican o adecúan mediante la utilización de elementos de regulación.
Otras tecnologías de desalinización
Sin embargo, no todas las desalinizadoras emplean este método. En este proceso, el agua se calienta hasta que se evapora, separándose de las sales y contaminantes. Posteriormente, el vapor se condensa y se recoge como agua dulce.
La planta de electrodiálisis se la conoce mediante la abreviatura EDR. Estas plantas se basan en la propiedad de la corriente eléctrica atrayendo los iones salinos disueltos. Al introducir una corriente eléctrica en una solución salina, los iones tienden a migrar hacia el electrodo de carga opuesta.
La ósmosis inversa y los procesos térmicos requieren sistemas de filtración eficaces para proteger los equipos y mejorar la calidad del agua de alimentación.
Postratamiento y remineralización
El agua resultante es tan pura que debe ajustarse para su uso final. El agua osmotizada ha de someterse a una fase de postratamiento para adecuar los parámetros de calidad a los usos a los que se destine el agua producida.
Durante la desalinización, algunos minerales esenciales como el calcio y el magnesio pueden haberse perdido. Es necesario la adopción de medidas correctoras frente a la agresividad del agua. Para ello, se emplean técnicas de remineralización.
Se corrige el pH y se remineraliza cuando el destino es el consumo humano. El agua producto se suele remineralizar mediante sistemas que aportan hidróxido cálcico junto con anhídrido carbónico o carbonato cálcico junto con anhídrido carbónico.
Recuperación, salmuera y sostenibilidad
En función de las exigencias de calidad del agua desalada y al factor de recuperación (40-50%), se podrán diseñar distintas configuraciones. Con los diseños y tecnologías actuales se pueden esperar factores de recuperación del orden del 50%.
El vertido de las salmueras, si bien muy concentrado, representa un pequeño caudal relativo. Por eso, no implica una amenaza para ecosistema marino. Aun así, debe ser diseñado y controlado para evitar daños en determinadas especies vegetales.
Como cualquier tecnología avanzada, presentan tanto beneficios como retos. Este proceso es fundamental para áreas con altas demandas de agua, pero con escasas alternativas para satisfacerlas.
La importancia de la tecnología de desalinización radica en su capacidad para paliar la escasez mundial de agua. Las plantas desalinizadoras proporcionan a las comunidades y empresas los recursos hídricos que tanto necesitan, transformando el agua de mar en agua dulce.
Otra ventaja clave es la sostenibilidad. Además, las técnicas de desalinización empleadas, como la ósmosis inversa, son altamente eficientes. No obstante, el funcionamiento de las desalinizadoras no está exento de desafíos.
Uno de los principales inconvenientes es el alto consumo de energía. Un problema ambiental asociado es la generación de salmuera. Si no se maneja correctamente, la salmuera puede ser perjudicial para los ecosistemas marinos, al contaminar las aguas cercanas y afectar a la fauna marina.
Mantenimiento de los filtros y continuidad operativa
Es fundamental realizar un monitoreo regular para asegurar su rendimiento óptimo. Un personal capacitado es clave para el mantenimiento adecuado de este tipo de filtros.
La capacidad de filtración se ajusta según las necesidades específicas de cada planta potabilizadora o desalinizadora, permitiendo la personalización del proceso para abordar los desafíos particulares del suministro de agua.
La filtración adecuada ayuda a mantener la producción, reducir las obstrucciones y proteger las membranas frente a los sólidos en suspensión. La combinación de filtros de arena, medios multicapa, filtros de cartucho, bolsas y ultrafiltración permite adaptar el pretratamiento a las características del agua de alimentación.
Ejemplos de plantas desalinizadoras
IDAM Santa Eulalia
La isla de Ibiza, en España, posee varias desaladoras. Sin ser la más grande, la IDAM Santa Eulalia es una planta desaladora digna de analizar.
Esta desaladora fue construida por Aqualia Infraestructuras para el Ministerio de Medio Ambiente de España. La IDAM Santa Eulalia tiene una capacidad de producción de 15.000 m3/día.
En verano no cubre la demanda total, pero se inserta en una red de abastecimiento de agua potable para la isla. Se trata de un elemento clave para el suministro de agua potable en la isla y imprescindible para el desarrollo del sector del turismo.
La tecnología empleada en la desaladora de Santa Eulalia es la ósmosis inversa. Se diseñó para alcanzar un factor de conversión del 45 %.
La captación del agua se realiza por toma abierta mediante un inmisario submarino a 18 metros de profundidad. El proceso de desalación de agua marina se inicia con un pretratamiento.
Aquí, se realiza la dosificación de reactivos adecuada, y una micro filtración de seguridad. Continúa con una etapa de desalación por osmosis inversa.
Está fase consta de tres 3 bastidores. Los bastidores sostienen las 1386 membranas que logran el proceso de desalación de agua marina.
Finalmente, el agua tratada se remineraliza en el postratamiento. El agua resultante presenta una extraordinaria calidad y cumple la legislación vigente.
Durante todo el proceso, la planta desaladora cumple respeto por el medio ambiente. También cuida el impacto acústico mediante salas acondicionadas y recubrimientos específicos en ciertos equipos electromecánicos.
Las instalaciones de la desaladora han sido cuidadosamente diseñadas para una magnifica integración paisajística.
Planta desaladora de Jubail 3A
Otro ejemplo de lo tratado anteriormente es la construcción de la planta desaladora de ósmosis inversa de Jubail 3A. Tiene una capacidad de 600.000 m3/día.
Se convirtió en la segunda mayor planta desaladora de agua con tecnología de ósmosis inversa de Arabia Saudi. Esta planta desalinizadora tiene la misma capacidad que la IDAM de Rabigh III.
El alcance del proyecto incluye la captación de agua de mar, bombeos, pretratamiento, sistema de ósmosis inversa con recuperación de energía, post-tratamiento, estación de bombeo, almacenamiento de agua producto, tratamiento de efluentes, descarga mediante emisario y campo solar fotovoltaico.
Planta desaladora de Taweelah
En Oriente Medio, Abengoa ha participado en la construcción de la mayor desaladora por ósmosis inversa del mundo. La planta desaladora de Taweelah está situada en un gran complejo de generación de energía y agua.
Filtración de agua de mar a bordo de buques
Los BOLLFILTER también se utilizan a bordo de grandes buques de crucero, en los que un elevado consumo de agua dulce implica la desalinización del agua de mar.
La producción constante a bordo garantiza la independencia y la comodidad. En un gran buque de crucero, con, por ejemplo, más de 5.000 personas a bordo entre pasajeros y tripulación, 5 restaurantes, 20 bares, etc., el consumo de agua dulce es de unos 1.500.000 litros diarios y la desalinización de agua de mar se convierte claramente en una necesidad.
Por supuesto, el agua dulce puede almacenarse en el puerto, pero, dependiendo del tamaño del barco y de la duración del viaje, también debe producirse constantemente a bordo para garantizar la independencia y la comodidad.
Como las desalinizadoras sólo pueden utilizarse con agua de mar limpia, el agua bruta pasa primero por prefiltros como el aquaBoll®, que elimina los sólidos en suspensión del agua de alimentación. A continuación, el agua se hace pasar por membranas de ósmosis inversa, que eliminan la sal y otros minerales.
Soluciones de filtración para plantas desalinizadoras
En aquellas plantas donde se produce la desalinización del agua encontramos una serie de elementos básicos sin los cuales sería imposible cumplir su cometido.
SETA PHT fabrica y suministra todos los principales componentes para plantas desalinizadoras, así como otros auxiliares. En SETA PHT trabajamos siempre con los mejores componentes para plantas desalinizadoras.
Cada aplicación exige un diseño distinto. En Peiró desarrollamos soluciones de filtración para sistemas de agua de mar y procesos de desalación.
Grupo Dimasa se posiciona como un referente experto en el desarrollo de filtros de arena. Nuestro compromiso con la innovación y la excelencia técnica ha contribuido significativamente al avance de tecnologías de tratamiento de agua, asegurando soluciones eficientes y sostenibles para las demandas actuales y futuras.
En este contexto, CAMETO, una empresa industrial con amplia experiencia en la implementación y gestión de proyectos de desalinización, puede ser un aliado fundamental para tu proyecto. Ya sea a través de la instalación de equipos de última tecnología o el mantenimiento preventivo y predictivo, CAMETO proporciona el respaldo necesario para asegurar el correcto funcionamiento de las plantas desalinizadoras, ayudando a maximizar su rendimiento y sostenibilidad a largo plazo.
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