El principal objetivo de esta página no es exponer ni
describir el amplio tema de la desalación, para lo cual existen importantes e
interesantes textos al respecto, sino exponer un breve resumen que sirva como
entrada a una serie de enlaces y referencias sobre la desalación de aguas
salobres y agua de mar.
La escasez de agua dulce en muchas zonas de nuestro planeta
y la mayor industrialización y desarrollo de muchos países, requiere mayores
cantidades de agua. Para paliar este problema en muchos lugares, hay que
recurrir a otras vías y tecnologías distintas de las que en otros lugares se han
considerado como convencionales. La desalación de aguas salobres y aguas del mar
está siendo el procedimiento más empleado en aquellas regiones más necesitadas
de agua dulce. La desalación consiste esencialmente en eliminar las sales
disueltas en el agua con el fin de hacerla potable o al menos utilizable en la
industria , agricultura, etc..
El Servicio Geológico de EE.UU. define el agua salina, por las siguientes
concentraciones de sal, expresada en partes por millón:
• Agua dulce – Menos de 1.000
ppm
• Agua ligeramente salina – A partir de 1.000 ppm a 3.000 ppm
• Agua moderadamente salina – A partir de 3.000 ppm a 10.000 ppm
• Agua altamente salina – De 10.000 ppm a 35.000 ppm
• Agua de mar – Unos 35.000 ppm de sal.
Esquema de desalación ( Fuente APF-ITC,S.A.)
El proceso de desalación es conocido desde la antigüedad,
cuando a través de rudimentarios evaporadores y utilizando la energía solar se
obtenía y sigue obteniéndose agua potable a pequeña escala. El desarrollo
tecnológico actual, permite la producción a gran escala de agua apta para
aplicaciones agrícolas e industriales partiendo del agua del mar u otras aguas
salobres.
De los varios procesos que se pueden aplicar para la
desalación del agua, la adopción de uno u otro proceso, depende principalmente
de las características físico-químicas del agua de partida y de la energía
disponible, a su vez el costo de tratamiento depende igualmente, del agua
sometida a tratamiento de la calidad requerida para el agua producida y de la
cantidad de energía empleada.
Los procedimientos de desalación que abarcan desde la simple
evaporación y posterior condensación hasta los procesos de electrodialisis y
osmosis inversa, se pueden agrupar así:
Grupo 1) El agua, en su tratamiento, pasa por una fase gaseosa como es la
evaporación y puede llevarse a cabo por procedimientos de:
a)Comprensión
mecánica de vapor
b)Térmico de
doble o múltiple efecto
c)Térmico por
evaporación súbita en múltiple etapa (multiflash)
Grupo 2) El agua pasa por una fase sólida, esto ocurre principalmente en los
procesos de congelación.
Grupo 3) El agua en su tratamiento permanece en estado líquido, son los procesos
con membranas, tales como la electrodialisis y la osmosis inversa.
Grupo 4) Intercambio iónico, con resinas.
Hasta 1980 la técnica de la evaporación súbita era la
predominante, pero a partir de aquí se imponen los procesos de membrana,
principalmente la osmosis inversa, gracias al desarrollo en el campo de las
membranas, abaratándose el coste respecto a los procesos de evaporación.
ESME
: Evaporación súbita múltiple etapa
OI : Osmosis
inversa
EME+CV : Evaporación múltiple
efecto más compresión de vapor
DE : Electrodialisis
Evolución de las técnicas de
desalación ( Fuente APF- ITC, S.A.)
Antes de someter el agua al proceso de desalación hay que proceder, en general,
a un pretratamiento (desinfección, filtración, descarbonatación, desincrustación,
precipitación, etc.) para eliminar sólidos disueltos y en suspensión, que
dificultarían y encarecerían el costo del proceso de desalación propiamente
dicho. Suele aplicarse también una fase de post-tratamiento que incluye
principalmente una remineralización, ajuste de pH y desinfección.
PROCESO DE DESALACIÓN POR EVAPORACIÓN
En los métodos de evaporación, la energía para evaporar el agua,
se suministra en forma de calor en varias etapas, aprovechando el calor de
condensación, y también puede comprimirse el vapor para obtener una diferencia
de temperatura que posibilitará el intercambio de calor.
Por otra parte en el procedimiento de evaporación súbita
“flash”, se impide que el agua llegue a la ebullición, disminuyendo la presión,
obteniéndose así la evaporación por esta disminución de presión.
Los procedimientos de congelación, se centran en la obtención de
cristales de hielo puro dentro de la solución salina. Esta congelación puede
hacerse bajo vacío, originándose una evaporación acompañada de enfriamiento que
es el que origina la congelación, también puede lograrse la congelación con la
ayuda de un agente refrigerante que tenga una tensión de vapor mayor a la del
agua y a su vez no se mezcle con ella, como puede ser el butano, la expansión
del butano producirá la congelación del agua.
PROCESOS DE DESALACIÓN POR MEMBRANA
Electrodialisis
Mediante este procedimiento, el agua a desalinizar es
introducida en una celda a reactor donde se colocan de forma alternada una serie
de membranas semipermeables cationicas y aniónicas, entre dos electrodos, de
forma que al aplicar una diferencia de potencial se produce una migración de los
iones de la solución salina hacía los electrodos correspondientes, atravesando
las membranas alternadas formándose una solución concentrada en uno de los
compartimentos, y en el otro compartimento agua exenta de sal. (Esquema
dinámico-Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, Mexico)
En la electrodialisis, la energía eléctrica consumida es
directamente proporcional a la cantidad de sales extraídas del agua (para aguas
con 5 gr./l de sales totales disueltas, el consumo de energía eléctrica suele
estar entre 1 y 2 Kwh/m3). Se suele emplear en el tratamiento de aguas salinas
de baja salinidad (1 a 5 gr/l de sólidos totales disueltos).
En la electrodialisis son sales disueltas las que atraviesan las
membranas y no el agua. En cambio en la osmosis inversa, que puede considerarse
como una hiperfiltración, es el agua la que atraviesa las membranas. La
electrodiálisis solo elimina las partículas cargadas eléctricamente, mientras
que la osmosis inversa elimina las partículas cargadas y no cargadas.
Esquema de electrodialisis (Fuente : CIRCE)
Osmosis inversa
La osmosis directa puede considerarse como el paso del agua u
otros fluidos a través de membranas semipermeables, desde el medio de menor
concentración al de mayor concentración. La osmosis directa es un proceso
natural muy extendido entre las plantas y los seres vivos.
Al colocar una membrana semipermeable separando dos
compartimentos en comunicación con la atmósfera, en uno de ellos con agua pura y
en otro una solución salina, se puede comprobar que el agua atraviesa la
membrana desde el compartimento del agua pura hacía el de la solución salina más
concentrada, aumentando la presión en el compartimento más concentrado hasta un
valor conocido como presión osmótica, que impedirá que continúe el flujo que
atraviesa la membrana; cuanto más salina sea la solución mayor será la presión
osmótica.
Invirtiendo el proceso de osmosis directa o natural, es decir,
aplicando a la solución más concentrada una presión superior a la osmótica, no
solo se anula el flujo de agua por la membrana sino que, ahora, el agua
concentrada en sales atravesará la membrana concentrándose aún más la solución
salina, mientras que en el otro lado de la membrana se obtendrá un agua
prácticamente pura. En el proceso industrial de obtención de agua potable a
partir de agua salobre o agua del mar haciendo pasar mediante una alta presión
la solución salina a través de una membrana semipermeable, la solución cada vez
más concentrada de sales se expulsa al exterior del equipo de osmosis inversa
con una elevada energía debida a la presión aplicada, energía que se recupera en
los dispositivos previstos al efecto.
El proceso de osmosis inverso para obtener agua del mar fue
propuesto por primera vez por Charles E. Reid en 1953, presentándose a su vez la
dificultad fundamental, cual era la existencia de una membrana adecuada en el
sentido de resistir químicamente la solución salina, por otra parte eran poco
porosas para que el agua fluyera con facilidad y a la vez tenían un bajo rechazo
de sales.
En principio estos problemas fueron resueltos con el
descubrimiento de la membrana de acetato de celulosa, posteriormente en el año
1962 se comprobó que estas membranas mejoraban notablemente tanto en el flujo
del agua como en el rechazo de sales, si en lugar de ser homogénea se hacía
asimétrica, la asimetría se debe a una delgada película de polímero en fase
amorfa, con secciones cristalinas sobre la membrana, que posibilita el rechazo
de las sales. Cuando se empezó a utilizar membranas sólo era posible desalar
agua salobre, hasta unos 120 g/l. de sales totales disueltas. Hoy se puede
desalar agua del mar con unos rechazos de sales superiores al 99%.
Las membranas para osmosis inversa suelen comercializarse principalmente
arrollada en forma de espiral y en forma de cartucho de fibra.
La desalación se ha extendido de tal forma, que si en 1969 la
capacidad total de desalación a nivel mundial era del orden de 1 millón de
m3/día, en 1982 pasó a 9 millones de m3/día, en 1994 la capacidad mundial era ya
de 19 millones de m3/día (en aprox. 10.000 plantas). De esta cantidad, alrededor
del 60% corresponde al tratamiento de agua de mar, estando las mayores plantas
en la zona de Oriente Medio. En España aparecen las primeras plantas hacía 1964,
en las Islas Canarias.
Distribución de las instalaciones
desaladoras según paises (Fuente : Torres(1999))
Las
naciones que dependen en gran medida del agua desalada son Arabia Saudita,
Kuwait, los Emiratos Árabes Unidos, Qatar, Bahrein, Libia y Argelia. En
contraste, los Estados Unidos es uno de los mayores usuarios de agua desalada
entre los países industrializados. Sus instalaciones se encuentran
principalmente en California y partes de la Florida.
Un estudio realizado en de 2010 por Pike Research, “la inversión en desalación
mundial se duplicará de US $ 8,3 mil millones en 2010 a $ 16.6 mil millones por
año, para el año 2016, lo que representa el gasto acumulado de $ 87.8 mil
millones durante ese período.”. El estudio también predice que la capacidad de
desalinización en todo el mundo llegará a 126 millones de metros cúbicos por día
en 2016, frente a 76 millones en 2010
Con la instalación en la isla de Lanzarote de una unidad de
evaporación multietapa de 2.300 m3/día, en Ceuta, 1966, con 4.000 m3/día y algo
después en 1969 también en Canarias se construyó una de las mayores plantas del
mundo, con unas producciones de 20.000 m3/día, también por evaporación súbita,
esta planta podía producir agua y energía eléctrica (20 megawatios). En algunas
zonas la producción por desalación ha tomado tal envergadura que este proceso no
puede considerarse ya como un proceso no convencional para lograr agua potable.
En cuanto al tipo de agua que puede someterse a desalación la
Asociación Internacional de Desalación hace una clasificación en función de los
sólidos disueltos totales (SDT), que va desde el agua pura con un contenido en
SDT < 500 mg/l hasta una salmuera con SDT > 50.000 mg/l pasando por el agua de
mar con un SDT comprendido entre 20.000 y 50.000 mg/l.
Con las membranas de osmosis inversa se reducen hoy día la
concentración de sales del agua del mar en unas 100 veces, es decir, se pasan de
35.000 mg/l a unos 350 mg/l. Utilizando en la osmosis inversa membranas de alta
presión y recuperando la energía se consume del orden de 4 a 5 Kwh/m3 de agua
generada, partiendo de agua del mar y unos 15 Kwh/m3 si se sigue el proceso de
evaporación.
La investigación sobre membranas ha aumentado su eficacia y ha
reducido los costes tanto de operación como de inversión. Con la osmosis inversa
se emplean equipos modulares que presentan la ventaja de no necesitar grandes
depósitos para almacenar el agua producida.
Desde el punto de vista de las leyes de la física, se requiere
aproximadamente una presión de 1 psi para eliminar 100 mg/l de sólidos disueltos
en el agua por osmosis inversa, por tanto la presión osmótica de un agua salobre
con 5.000 mg/l es del orden de 50 psi. La presión osmótica del agua del mar es
de unos 400 psi, de forma que para vencer la presión osmótica y alcanzar una
aceptable productividad, habrá de trabajarse a una presión mínima de 600 psi.
Las plantas de desalación de agua del mar suelen operar entre 800 y 1.000 psi.
En la siguiente tabla (publicada por El Agua en Canarias. Modelos de
gestión y tecnología hacia la sostenibilidad), figuran diversos datos generales sobre
los procesos de desalación y características generales de operación y
producción.
Comparación de procesos de desalación de agua de
mar (APF – ITC S.A.)
En relación con los costes de desalación hay que tener presentes tanto los
gastos de inversión como los de energía y otros costes diversos como los de
reactivos químicos, personal, mantenimiento, etc.. A este respecto se reproducen
a continuación varios cuadros con datos sobre costes, publicados por José A.
Medina San Juan de la Asociación Española de Desalación y Reutilización (La
Desalación y sus Costes).
RESUMEN DE COSTES TOTALES DE PRODUCCION:
LA PANACEA PARA LA FALTA DE AGUA. Articulo de Alejandro Medina, publicado en LA GACETA. Recoge
la polémica del Trasvase del Ebro frente a la desalación. Presenta un esquema de
la desaladora de Carboneras(Almería) y un cuadro denominado "El mercado del
agua" con los costes de los trasvases del Ebro según el MMA.
Desalación en España:
España obtiene 400 hectómetros cúbicos de agua desalada para abastecer a 2,5 millones de personas: Desde que se construyeran las primeras plantas desaladoras en España en los años 60, las tecnologías han ido perfeccionándose de tal forma que hoy la desalación se ha convertido en un método para compensar los déficits hídricos que se producen en muchas zonas de nuestro país. Si bien en un primer momento la desalación era patrimonio casi único del archipiélago canario, sobre todo de las islas orientales, donde la escasez de recursos hídricos amenazaba su desarrollo y no había otras posibilidades viables de incrementar estos recursos si no era a través de la intensificación artificial de las precipitaciones o el transporte de agua en grandes barcos, hoy en día «el centro de gravedad de la desalación en España se ha trasladado de Canarias a la costa mediterránea», según explica Miguel Torres, jefe del Área de Calidad de Aguas del Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (Cedex). Desde la primera planta que se construyó en Lanzarote en la segunda mitad de los años 60 hasta hoy la producción de agua desalada roza ya los 400 hectómetros cúbicos al año, abasteciendo a una población de dos millones y medio de españoles. En estas cifras se incluyen tanto la desalación de aguas salobres -agua subterránea salinizada, ya sea de acuíferos costeros en contacto directo con el mar o de acuíferos aislados del mismo- como de aguas marinas. Aproximadamente la mitad de la producción correspondería a aguas marinas y la otra mitad a aguas salobres, aunque el número de plantas para desalar agua de mar es menor que el de agua salobre, pues éstas últimas son de menor capacidad. Así, de unas 750 plantas desalinizadoras que hay en España, unas 200 son de agua de mar, cada vez con mayor capacidad y mejores tecnologías. Las últimas desaladoras puestas en marcha son parte de las 41 que se contemplan dentro del Plan Hidrológico Nacional (PHN) -de las que doce se encuentran en la zona receptora del trasvase del Ebro-, que preveía duplicar el volumen de agua desalada hasta alcanzar unos 450 hectómetros cúbicos anuales en 2008. Pero podrían ser más. (ABC 18/03/04).
La
desalación como alternativa al PHN. Antonio
VALERO, Director de CIRCE. Javier UCHE, Dr. Ingeniero Industrial, CIRCE.Luis
SERRA, Dr. Ingeniero Industrial, CIRCE – Centro de Investigación de Recursos y
Consumos Energéticos.UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA. Centro Politécnico Superior.
Membranas con tecnología
propia. Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros. El
uso de membranas para desalinizar el agua de mar es una tecnología
suficientemente madura. Pero sólo en Estados Unidos y Japón. Para buena parte de
los países que precisan aportes suplementarios de agua para regadío y consumo
doméstico, como España, la única solución es importar módulos de membrana para
sus plantas desalinizadoras. El grupo coordinado por Javier de Abajo, del
Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (CSIC), se ha propuesto
desarrollar, en colaboración con empresas españolas, módulos propios para
limitar la dependencia tecnológica existente.
¿Hasta qué punto es alternativa
la desalación?. Articulo de Javier Uche y Antonio Valero.
Centro de Investigación de
Recursos y Consumos Energéticos (CIRCE).
Universidad de Zaragoza (UZ).
Trasvases
y desalación. Tiza y pizarra. Articulo de Miguel Angel Rodenas Cañada y
Juan Guillamón Alvarez, (publicado en la página del Colegio de Ingenieros de
Caminos de Madrid).Análisis sobre las formas de plantear la resolución de
los problemas del agua en el sureste de España, por un lado el Trasvase del
Ebro y por otro la desalación.
El debate del
agua. Informe publicado por el diario La verdad de Murcia. Se incluyen
diversos documentos comoel PLAN A.G.U.A., ACTUACIONES PROPUESTAS EN LAS CUENCAS MEDITERRÁNEAS, PLAN
HIDROLÓGICO NACIONAL,REFORMA DEL PHN,
RECHAZO A LA REFORMA DEL PHN y otros.
Barcelona estrena la mayor desalinizadora de Europa. RTVE.es / EUROPA PRESS BARCELONA Barcelona estrena una nueva desalinizadora en el Prat de Llobregat que suministrará agua a cuatro millones y medio de personas en el área metropolitana de la ciudad. Es la mayor de Europa y con ella se pretende resolver la falta de agua en temporadas de sequía.
Guía editada por el
Ministerio de Sanidad y Poítica Social:
La
introducción se inicia así:
El presente trabajo no es un manual de desalación ni
un libro técnico. Simplemente trata de recoger una
introducción práctica de como tienen lugar los
procesos de desalación, y de que manera incidir para
salvaguardar la salubridad del agua destinada a
consumo humano producida mediante estas tecnologías.
La motivación principal ha sido desarrollar una guía
práctica especialmente dedicada a técnicos
sanitarios de las Comunidades Autónomas y a los
abastecedores de agua de consumo.
Guía
sobre agua potable procedente de la desalinización.(Safe
Drinking-water from Desalination).Guía realizada por
el Grupo de Expertos en Calidad del Agua de la
Organización Mundial de la Salud, centrandose en los
riesgos inherentes al proceso de desalinización.
Desaladora de Adelaida, una de las mayores del mundo.The Adelaide desalination plant is the second largest in the world. Producing, when complete, over 300 million litres of water per day!
estará acabada a finales de 2012, con una producción de 274.000 m3 de
agua potable al día, que representan más de la mitad
de las necesidades de la ciudad de Adelaida.
Vídeo de la
Asociación Internacional de Desalinización (IDA),
recoge los costes,la energía y medidas
medioambientales de las plantas de desalinización de
agua de mar.
http://www.amazings.com.30
de Abril de 2010.
