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.
Unos 1.100 millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a agua dulce y unos 2.700 millones sufren escasez durante al menos un mes al año. Para 2050, más de la mitad de la población mundial podría enfrentar escasez de agua.
La respuesta está en la combinación correcta de filtración y desalinización. La desalinización de agua es el proceso que elimina las sales disueltas y otros compuestos del agua marina.
Qué diferencia existe entre filtrar y desalinizar agua salada
Sí, el agua de mar puede filtrarse, pero es importante diferenciar entre eliminar impurezas y eliminar la sal.
La filtración elimina sólidos en suspensión, arena, materia orgánica y partículas, pero no reduce la salinidad.
La filtración no elimina la salinidad, pero sí es una etapa imprescindible antes de procesos como la desalinización o tratamientos posteriores.
No. La filtración elimina partículas sólidas, pero no elimina las sales disueltas. Para reducir la salinidad es necesario un sistema de desalinización, normalmente mediante ósmosis inversa.
El agua de mar no solo contiene sal. Antes de eliminar la sal, el agua debe limpiarse. Durante esta fase se eliminan arenas, algas, sólidos en suspensión y materia orgánica.
El filtro debe estar fabricado con materiales resistentes a la corrosión y diseñado para trabajar con concentraciones elevadas de sal (entre 6.000 y 55.000 mg/L o superiores).
Cómo funciona una planta desaladora
Una planta desaladora trabaja en varias etapas bien definidas.
1. Prefiltración del agua de mar
El primer paso en la desalinización del agua de mar es la prefiltración.
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).
Utilizamos diferentes micras de cartuchos de filtro para eliminar diversos tamaños de contaminantes.
Un sistema bien filtrado no solo produce mejor agua. Reduce paradas, alarga la vida de los equipos y mantiene el rendimiento de la planta.
2. Separación de las sales
Tras la prefiltración, el agua de mar pasa a la segunda fase, que consiste en el desbaste y la ósmosis inversa (RO).
Aquí se produce la separación física de sales. El agua entra a alta presión en los módulos de membrana.
La ósmosis inversa consiste en aplicar presión al agua de mar para forzarla a atravesar una membrana semipermeable, dejando atrás sales e impurezas y produciendo agua dulce.
La ósmosis inversa industrial es el corazón de la mayoría de procesos de desalación. Estas membranas retienen sales, bacterias y contaminantes, dejando pasar solo el agua pura.
Al mismo tiempo, se puede obtener un 50% de agua.
3. Estabilización y acondicionamiento
El tercer paso en la desalinización del agua de mar es la estabilización.
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.
Durante este paso, se ajusta el nivel de pH y el 50% de salida de agua, entonces obtenemos agua purificada.
El filtro de cartucho plisado de polipropileno es una opción excelente para la filtración post-RO.
El filtro plegado de polipropileno se utiliza habitualmente para la filtración final.
Principales métodos de desalinización
La desalinización es el proceso por el cual se eliminan las sales minerales disueltas en el agua.
Los procesos de desalinización consisten en eliminar la sal y otras impurezas del agua de mar o salobre para producir agua dulce apta para el consumo o el uso industrial.
| Método | Funcionamiento |
|---|---|
| Ósmosis inversa (OI) | La ósmosis inversa consiste en aplicar presión al agua de mar para forzar el paso a través de una membrana semipermeable, dejando atrás sales e impurezas. |
| Destilación flash multietapa (MSF) | Este proceso implica múltiples etapas de flasheo de agua de mar en vapor. |
| Destilación multiefecto (MED) | En la MED, el calor de una etapa de destilación se utiliza para evaporar agua en la etapa siguiente. |
| Compresión de vapor (CV) | La desalinización por compresión de vapor comprime el vapor del agua de mar evaporada para aumentar su temperatura y presión antes de condensarlo en agua dulce. |
| Electrodiálisis (ED) | La electrodiálisis utiliza un campo eléctrico para impulsar los iones a través de membranas de intercambio iónico, separando los iones salinos del agua. |
Ósmosis inversa
Actualmente, los sistemas más comunes para convertir agua salada en potable son la ósmosis inversa y la destilación térmica.
La ósmosis inversa requiere aplicar mucha presión para forzar el paso del agua a través de una membrana, lo que implica un alto consumo eléctrico y equipos costosos.
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.
En SWRO (ósmosis inversa de agua de mar), una cosa debe ser notada y no puede ser ignorada, es la prefiltración para SWRO.
Destilación térmica
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.
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.
El vapor se difunde a través de la membrana y se condensa al otro lado, produciendo agua dulce.
La destilación multietapa, la destilación multiefecto y la compresión de vapor necesitan grandes cantidades de energía para calentar, evaporar o comprimir el agua.
Electrodiálisis
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.
La electrodiálisis utiliza un campo eléctrico para impulsar los iones a través de membranas de intercambio iónico, separando los iones salinos del agua.
Nuevo método basado en el diodo osmótico
Un equipo internacional con participación del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC (ICMM-CSIC), ha desarrollado un novedoso método de filtrado de agua salada que permite desalarla utilizando membranas con poros extremadamente pequeños, de millonésimas de milímetro (nanofiltración), usando solo electricidad, sin necesidad de bombas ni sistemas de alta presión, como los utilizados en la actualidad en la desalación del agua.
El trabajo, publicado en la revista Nature Materials, muestra una tecnología prometedora para hacer la purificación de agua más accesible, eficiente y adaptable a distintos contextos, utilizando menos energía y con fácil implementación.
Principio de funcionamiento
El nuevo sistema se basa en un fenómeno llamado diodo osmótico, que permite al agua dulce fluir en una sola dirección a través de la membrana, mientras las sales y otras impurezas quedan retenidas.
Lo más novedoso es que este proceso se activa mediante corriente eléctrica alterna, la misma que usamos en nuestros hogares.
A diferencia de los sistemas tradicionales, que suelen depender de corriente continua más costosa para alimentar bombas o mover iones, este rompedor método aprovecha la corriente alterna para activar directamente el transporte de agua, sin necesidad de utilizar componentes mecánicos ni presiones elevadas.
A diferencia de los sistemas tradicionales, que suelen depender de corriente continua más cara para alimentar bombas o mover iones, este nuevo método aprovecha la corriente alterna para activar directamente el transporte de agua, sin necesidad de componentes mecánicos ni presiones elevadas para llevar a cabo la potabilización.
Además, puede funcionar con baterías o energía solar.
“Nuestro trabajo ilustra cómo el transporte nanofluídico avanzado puede aprovecharse para desarrollar rutas inexploradas de separación molecular e iónica. Este método difiere fundamentalmente de las técnicas de ósmosis inversa y electrodiálisis, ya que la conducción eléctrica del nuevo sistema facilita el transporte de agua al tiempo que bloquea los iones”, explica Javier Pérez-Carvajal, del ICMM, uno de los autores del estudio.
Membranas con filtración selectiva
Además, gracias a su estructura con capas de poros de diferentes tamaños (microporosas y mesoporosas) esta membrana permite una filtración selectiva (tamizado iónico) que podría conservar minerales beneficiosos para la salud, como el calcio o el magnesio, mientras elimina los no deseados.
Esta tecnología utiliza membranas con poros extremadamente pequeños, de millonésimas de milímetro (nanofiltración).
La conducción eléctrica del nuevo sistema facilita el transporte de agua al tiempo que bloquea los iones.
Ventajas energéticas y operativas
La gran ventaja económica del sistema de diodo osmótico es que no necesita generar calor ni aplicar alta presión, como los sistemas actuales de desalación, lo que reduce significativamente el consumo energético.
“Actualmente se buscan sistemas de ultrafiltración, pero requieren mucha energía. Por eso, necesitamos que los sistemas sean más eficientes y, así, más sostenibles”, resalta este investigador.
Y añade que el enfoque de este grupo de trabajo, liderado por los franceses Lydéric Bocquet y Alessandro Siria, “va más allá del bombeo clásico de electroósmosis y lo hacemos en una escala de centímetros cuadrados”.
Para este equipo de trabajo, su propuesta es una alternativa eficiente a las tecnologías impulsadas por presión.
El estudio confirma que esta propuesta de filtración es una estrategia interesante no solo para la separación de sales, sino también para procesos de descontaminación en agua.
“Este enfoque podría reemplazar los circuitos mecánicos habituales con un pequeño controlador de voltaje”, defienden los investigadores, que explican que su método “es fácil de implementar porque las filtraciones de electroósmosis pueden alimentarse directamente mediante con paneles solares o baterías a pequeña escala”.
De cara al futuro, esta versatilidad abre posibilidades innovadoras en aplicaciones móviles, locales y fuera de la red eléctrica.
Filtración solar mediante materiales MOF
Utilizando un filtro especial de alta tecnología y energía solar. Un equipo de investigación global desarrolló una tecnología pionera que puede hacer que grandes volúmenes de agua de mar sean seguros para beber en menos de 30 minutos.
Este adelanto tecnológico podría proporcionar agua potable a millones de personas en todo el mundo utilizando la energía de manera más eficiente que las prácticas actuales de desalinización, señala un comunicado de la Universidad Monash, con sede en Melbourne, Australia.
Y “las comunidades remotas podrían ser las más beneficiadas”, le dice a BBC Mundo el profesor Huanting Wang, que lidera el proyecto.
Funcionamiento del filtro solar
El filtro especialmente diseñado puede generar cientos de litros de agua potable por día y solo requiere luz solar directa para purificarlos, lo que hace que el proceso sea energéticamente eficiente, de bajo costo y sostenible.
Para la fabricación del filtro se utilizan compuestos organometálicos (MOF, por sus siglas en inglés), que constan de iones metálicos que forman un material cristalino.
Durante el proceso de desalinización, el filtro, que lleva el nombre de PSP-MIL-53, primero adsorbe (atrae y retiene en su superficie moléculas o iones de otro cuerpo) las sales del agua y luego se coloca bajo la luz del sol para regenerarse.
Ese proceso demora menos de cuatro minutos, antes de que el filtro pueda adsorber la sal del agua nuevamente.
Los investigadores pudieron lograr un SDT de menos de 500 mg/l en solo media hora y regenerar el filtro MOF para su reutilización bajo la luz solar.
La Organización Mundial de la Salud sugiere que el agua potable de buena calidad debe tener un sólido disuelto total (SDT) menor a 600 miligramos por litro (mg/l).
Este proceso pudo filtrar partículas dañinas del agua y generar 139,5 litros de agua limpia por kilogramo de MOF por día.
Regeneración y coste
“El agua salina corre a través del tubo (cubierta con una lámina de aluminio), donde las sales se adsorben sin luz, produciendo agua dulce”, explica el profesor Huanting Wang.
Esta es la regeneración del material MOF exponiéndolo a la luz solar y lavándolo con una pequeña cantidad de agua.
Por su bajo consumo de energía y sin necesidad de productos químicos durante el proceso, Wang dice que esta nueva tecnología con luz solar puede ser parte de las futuras soluciones de agua limpia.
“La energía solar para filtrar se ha utilizado durante mucho tiempo, donde el agua se evapora y se condensa para producir agua dulce. Pero se necesitan muchas horas para producir suficiente agua para uso doméstico. Nosotros utilizamos la luz solar para reciclar nuestro material, y solo toma unos minutos”, le dice a BBC Mundo.
Al ser consultado por el costo de este nuevo dispositivo, el profesor dijo que aún queda camino por recorrer para que sea asequible para la población.
“El material sintetizado en el laboratorio no es barato. Se espera que el costo de su producción disminuya significativamente cuando se fabrique a gran escala”, asegura.
“Esperamos que el material esté ampliamente disponible y sea asequible después de más investigación y desarrollo”, concluyó.
Extracción por solvente con oscilación de temperatura
Un equipo de investigadores de la Universidad de Columbia afirma haber creado una forma de desalinización alternativa “radical” llamada “extracción por solvente con oscilación de temperatura” (TSSE, por sus siglas en inglés) que es más efectiva, más barata e incluso puede limpiar el fango tóxico generado por otros métodos, según un estudio publicado en la revista científica Environmental Science & Technology Letters.
Cómo funciona la TSSE
TSSE funciona agregando agua salobre a un solvente único.
El agua salobre se hunde hasta el fondo debido a su mayor densidad, y luego la mezcla se coloca en un baño a baja temperatura, donde el agua se separa en el solvente.
El disolvente, que ahora contiene el agua, se extrae y se pone en otro baño de temperatura, lo que permite que el agua se extraiga limpiamente.
Los investigadores dicen que este método elimina hasta el 98,4% de la sal, que es la misma tasa de eficacia de la ósmosis inversa, el método industrial preferido.
La TSSE puede tratar la salmuera siete veces más concentrada que el agua de mar, lo que la hace dos veces más potente que la ósmosis inversa, según los investigadores.
El equipo cree que este método se puede utilizar para convertir la salmuera en agua adecuada para el riego de cultivos, para fines de enfriamiento industrial e incluso para el consumo humano.
“Creemos que TSSE será transformador para la industria del agua”, dijo Ngai Yin Yip, el autor principal del informe, en un comunicado de prensa.
“Puede desplazar la práctica predominante de la destilación costosa para la desalinización de salmueras de alta salinidad y abordar salinidades más altas que RO no puede manejar”.
“Esto mejorará radicalmente la sostenibilidad en el tratamiento del agua producida, el concentrado de desalinización del interior, los lixiviados de vertederos y otras corrientes de hipersalina de importancia emergente”, agregó.
“Podemos eliminar los problemas de contaminación de estas salmueras y crear agua más limpia y utilizable para nuestro planeta”.
Aplicaciones de la filtración de agua de mar
Filtrar agua de mar es un proceso esencial en numerosas aplicaciones industriales, agrícolas y medioambientales.
Desalinización
Utilizado como etapa de prefiltración en pequeñas plantas desalinizadoras.
Protege membranas de ósmosis inversa y mejora la eficiencia del proceso de conversión de agua de mar en agua potable o agua de proceso.
Agricultura
En sistemas de riego ubicados en regiones con agua salina o salobre.
Permite eliminar sólidos en suspensión antes de la distribución, protegiendo goteros y sistemas de riego localizado.
Acuicultura
En sistemas de recirculación de agua para cría de peces, camarones u otros organismos marinos.
La filtración mejora la calidad del agua y la estabilidad del sistema.
Industria alimentaria
En procesos donde se requiere agua con bajo contenido en sólidos en suspensión, especialmente cuando el agua de captación tiene alta salinidad.
Industria química
En procesos productivos que utilizan agua salina como materia prima o medio de reacción.
Cada aplicación exige un diseño distinto.
Cada instalación tiene condiciones específicas: caudal, nivel de salinidad, tipo de aplicación y exigencia de micraje.
Impacto ambiental de la desalinización
La desalinización es una necesidad creciente a medida que disminuyen las reservas de agua dulce en el mundo.
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, 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.
En concreto, el estudio cifraba la descarga de salmuera en 142 m3 al día.
Manzoor Qadir, coautor del estudio, propone “convertir un problema ambiental en una oportunidad económica”.
Además, muchos procesos de desalinización requieren calentar el agua, presurizarla o ambas cosas, lo que tiene un elevado coste energético.
Actualmente, la industria de la desalinización genera billones de toneladas de lodos tóxicos cada año que a menudo se eliminan de manera que contaminan las fuentes de agua superficial y subterránea.
Además, las plantas de ósmosis inversa requieren enormes cantidades de energía, que, cuando son alimentadas por combustibles fósiles, emiten emisiones de gases de efecto invernadero.
La solución en este caso consiste en emplear energías renovables, como la solar, para reducir el consumo de las desalinizadoras.
TSSE no produce el mismo tipo o cantidad de aguas residuales y requiere de mucha energía.
De hecho, el método se puede impulsar de manera sostenible, incluso a través del calor generado por las instalaciones de residuos y la energía solar.
Desalinización natural y experimento casero
La desalinización se produce de forma natural durante el ciclo del agua: la evaporación del agua del mar deja detrás la sal y forma nubes que dan lugar a la lluvia.
¿Te habías preguntado alguna vez cómo se obtiene agua dulce del agua salada?
Disuelve la sal en un bol lleno de agua.
Cubre con film de plástico el bol y asegúrate de que está sellado del todo.
Pon una piedra o un objeto similar en el centro del plástico.
Asegúrate de que se crea una pequeña depresión provocada por el peso del objeto.
Observarás que con el efecto del sol el agua se ha evaporado y se ha condensado en la depresión creada por la piedra.
El agua ha pasado del estado líquido al estado gaseoso para acabar finalmente pasando de nuevo al estado líquido.
Verás que el vaso que estaba vacío ahora está lleno de agua.
Hemos construido una desalinizadora casera para convertir el agua del mar en agua limpia apta para el consumo humano.
En realidad lo que hemos hecho en este experimento con agua salada es recrear a menor escala lo que sucede en la atmósfera con la acción del sol.
En nuestra desalinizadora casera, hemos creado una especie de efecto invernadero para que esto pudiera pasar.
El vapor de agua entonces sube a una mayor altitud, que es lo que da lugar a las nubes.
Es ahí donde las gotas condensadas se van uniendo entre ellas poco a poco, ocasionando finalmente la precipitación, que cuando, por acción de la gravedad, el agua vuelve de nuevo a la Tierra de forma líquida.
Desalinización del agua experimento casero
Desarrollo histórico y expansión mundial
La desalinización por destilación es una de las primeras formas de las que el ser humano ha tratado el agua en la historia.
De hecho, este sistema de potabilización del agua se sigue utilizando en muchas partes de todo el mundo.
En la antigüedad, muchas civilizaciones usaban este proceso en los barcos para convertir el agua de mar en agua potable.
Durante los siglos posteriores, la desalinización del agua del mar se usó sobre todo en barcos y submarinos para proveer de agua dulce a la tripulación durante largas travesías.
Hoy en día, las plantas de desalinización se utilizan para convertir el agua de mar en agua potable en los barcos y en muchas regiones áridas del mundo.
También se utiliza la destilación en áreas donde el agua está contaminada por contaminantes naturales y no naturales.
En el mundo, según el último estudio realizado al respecto por investigadores del Instituto para el Agua, el Medio Ambiente y la Salud de la Universidad de Naciones Unidas (UNU-INWE) en 2019, hay aproximadamente 16.000 plantas de desalinización operativas -repartidas en 177 países- y en conjunto generan unos 95 millones de m3 al día de agua dulce.
El primer país en adoptar este proceso de forma masiva fue Australia, un país muy árido donde la llamada Sequía del Milenio, entre 1997 y 2009, causó estragos.
Arabia Saudí es el primer país desalinizador por volumen y le sigue Emiratos Árabes Unidos, ambos países son desérticos y muy dependientes de este proceso.
Otros países de Oriente Medio, como Kuwait y Qatar, también han apostado por esta técnica.
En Estados Unidos, tercero en este particular ranking, hay microplantas de desalinización cerca de casi todas las instalaciones de gas natural para aprovechar el calor residual.
Los países que más agua desalada consumen se encuentran en Oriente Medio (principalmente Arabia Saudita, Kuwait, Emiratos Árabes Unidos, Qatar y Bahrein).
Estos países representan alrededor del 70% de la producción mundial de agua desalinizada.
Perspectivas para sistemas locales y sostenibles
En todo el mundo, los países están invirtiendo en plantas para convertir el agua salada en agua dulce para asegurarse de que su gente tenga suficiente para beber en un mundo cada vez más propenso a las sequías.
Los métodos actuales de desalinización son extremadamente costosos y generan enormes cantidades de desechos tóxicos.
Este nuevo método podría revolucionar la industria de la desalinización, ayudando a los países a lograr seguridad del agua.
Esta investigación, cuya patente ya está disponible, abre el camino hacia sistemas de filtración simples, eficientes y energéticamente sostenibles, fundamentales para un futuro donde el acceso al agua será un desafío prioritario y vital.
El enfoque basado en el diodo osmótico puede alimentarse mediante paneles solares o baterías a pequeña escala, mientras que otras tecnologías, como los filtros MOF y la TSSE, plantean alternativas para reducir el consumo energético y tratar corrientes de agua con diferentes concentraciones de sal.
En la utilización actual de recursos hídricos complejos, la desalinización ocupa un lugar cada vez más importante.
Cada instalación tiene condiciones específicas: caudal, nivel de salinidad, tipo de aplicación y exigencia de micraje.
En Setasa contamos con más de 40 años de experiencia en el sector de la filtración.
Y ya hemos ayudado a muchas plantas de desalinización para hacer su filtración de agua de mar.
Y ayudamos a millones de personas a llevar una vida más sana desarrollando mejores formas de purificar las fuentes de agua del mundo, de mejorar el proceso alimentario y mucho más.
Referencia científica: Soufiane Abdelghani-Idrissi et al. Resonant osmotic diodes for voltage-induced water filtration across composite membranas. Nature Materials.
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