Un recurso hídrico alternativo y viable

Presionados por el crecimiento de la población urbana, por las variaciones en la disponibilidad de agua producto de los cambios en el clima y por la necesidad de asegurar los suministros de agua potable segura, distintos gobiernos nacionales y metropolitanos de los cinco continentes han promovido la construcción de plantas industriales para producir agua de consumo humano a partir del mar.

Según reportes industriales (1), en los últimos cinco años se han instalado en promedio unas ochocientas plantas nuevas de desalinización por año, lo que indica la magnitud de esta tendencia.

La capacidad de desalinización a nivel mundial creció 43% en el bienio 2006-2007, mientras que desde 1990 experimentó un crecimiento medio anual del 17%. Este crecimiento exponencial probablemente se mantenga en el futuro.

Actualmente se encuentran en operación alrededor de 14.400 plantas en todo el planeta, con una capacidad total de producción de 62 millones de metros cúbicos diarios. El Tercer Informe Mundial sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos, editado este año, afirma que el 3,55% del total de agua para consumo humano proviene de la desalinización (2).

Pero aun cuando la desalinización emerge como una de las industrias más importantes en el desarrollo de infraestructura en el mundo, que atrae a compañías de renombre internacional, las autoridades ambientales y económicas han expresado sus preocupaciones. Existe una creencia establecida en el sentido de que las plantas de desalinización de agua de mar son intensivas en el aporte de capital, tienen un consumo muy importante de energía eléctrica y costos ambientales elevados que no siempre son debidamente atendidos, incluyendo la disposición de la salmuera y problemas de desarrollo costero.

Convergencia de tecnología y necesidad

El crecimiento del mercado de la desalinización de agua ha sido posible por poderosas tendencias convergentes.

Por un lado la tecnología ha logrado disminuir el costo específico del agua potable por metro cúbico obtenida a partir de agua de mar o agua salobre, principalmente a través de la mejora en la eficiencia energética de los procesos. Por otro, la escasez de agua dulce y los desplazamientos de la población rural mundial hacia las ciudades han incrementado dramáticamente la necesidad de contar con fuentes alternativas.

Históricamente, el Medio Este ha sido el mercado dominante de la desalinización de agua de mar con Arabia Saudita a la cabeza produciendo más de 10 millones de metros cúbicos diarios, seguido de los Emiratos Árabes con 8,5 millones de metros cúbicos.

Actualmente, Estados Unidos ocupa el tercer lugar en la construcción e instalación de este tipo de plantas.

Otros países con muy importante actividad en el mercado de la desalinización son España, Kuwait, Argelia, Israel, China, Qatar, Japón y Australia. Aproximadamente dos tercios de todas las plantas desalinizadoras existentes utilizan agua de mar como fuente de alimentación, mientras que el tercio restante toma agua de fuentes salobres, como acuíferos y ríos con aguas con alto contenido de sales y aguas residuales urbanas o industriales. Ante la imposibilidad de acceder a fuentes de agua dulce confiables, la desalinización se ha transformado en una alternativa vital para muchas regiones áridas y semiáridas del planeta.

Es válido preguntarse si antes de proceder con un proyecto de desalinización se han estudiado adecuadamente las opciones disponibles. No son pocos quienes pregonan que las fuentes tradicionales son las más confiables, ambientalmente sostenibles y efectivas desde el punto de vista de los costos, para lo que es necesario conservarlas y propender a un uso eficiente del recurso hídrico y prevenir su contaminación. Existen oportunidades de ahorro de agua y esas necesidades son las que deberían estudiarse en primer término.

Quienes defienden la desalinización como solución duradera al problema de escasez de agua dulce aceptan que el precio del agua desalinizada puede ser elevado pero, se preguntan, cuál es la alternativa cuando no hay otra fuente disponible. También sostienen que si el agua desalinizada es más cara, el usuario será más consciente a la hora de consumir y, en consecuencia, minimizará su desperdicio, ya que hasta tanto no haya un cambio de percepción sobre el agua y se comience a valorarla en relación con su real costo no habrá una correcta evaluación de la situación global y los consumidores seguirán sin conservar el recurso en la medida que deberían hacerlo.

Tecnologías disponibles

Tecnológicamente hablando, existen dos métodos de desalinización de agua bien diferenciados: por un lado, los procesos térmicos –con cambio de fase líquida a vapor– y, por otro, los procesos mecánicos sin cambio de fase.

En el pasado, la mayoría de las plantas de desalinización de agua de mar estaban basadas en el proceso de evaporación. Esto era así porque muchas de las grandes plantas se construyeron en el Medio Este cuando la tecnología de ósmosis inversa (OI) era más costosa y relativamente poco probada.

En la última década, la economía ha favorecido la tecnología de membranas por los avances tecnológicos producidos en la fabricación de las mismas y la disminución del consumo energético con la aparición de dispositivos más eficientes para la recuperación de energía.

En el grupo térmico, muchas plantas de destilación de agua de mar están asociadas con plantas de generación de energía en las que se aprovecha la existencia de calor residual disponible. El agua de mar tiene una concentración de sólidos disueltos totales que varía entre 35 y 46 gramos por litro. La destilación puede ser más beneficiosa si la salinidad está por encima de los 40 g/l de sólidos disueltos totales o si se verifican importantes variaciones térmicas en el agua cruda, lo cual altera la presión osmótica (caso típico del golfo Pérsico). Existen varios tipos de procesos térmicos que se diferencian por el tipo de fuente de calor que utilizan, por el consumo energético y por su capacidad de producción, entre otros factores.

A su vez, existen dos tipos de procesos mecánicos: la ósmosis inversa (OI) (ver gráfico) y la electrodiálisis. La ósmosis directa es un proceso natural que ocurre en plantas y animales. De forma esquemática se puede decir que cuando dos soluciones con diferentes concentraciones salinas se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable existe una circulación natural de la solución menos concentrada para igualar las concentraciones finales a ambos lados de la membrana, con lo que la diferencia de altura obtenida se traduce en una diferencia de presión, llamada presión osmótica.

Sin embargo aplicando una presión externa que sea mayor a la presión osmótica de una disolución respecto de otra, el proceso se puede invertir, haciendo circular agua de la disolución más concentrada y purificando la zona con menor concentración, obteniendo finalmente un agua de pureza admisible, aunque no comparable a la de los procesos de destilación.

Por eso es altamente recomendable para la filtración de aguas salobres, en las que la sal a rechazar es mucho menor que en aguas marinas. La cantidad de permeado depende de la diferencia de presiones aplicada a la membrana, sus propiedades y la concentración del agua bruta. La calidad del agua permeada suele estar en torno a los 300 a 500 mg/l de sólidos disueltos totales, cifra de un orden de magnitud mayor al agua obtenida en un proceso de evaporación (30 a 50 mg/l) (ver Sales comparadas).

La capacidad de rechazo de sales y la productividad de las membranas de OI han mejorado sustancialmente en la última década, lo cual ha permitido diseñar sistemas más compactos y con menor cantidad de membranas instaladas.

Las membranas se ensucian con la operación continua y necesitan un pretratamiento intensivo (mayor que en los procesos de destilación) para aumentar su vida útil y para asegurar una operación confiable y consistente de las membranas. Se busca minimizar el ensuciamiento de las mismas evitando la presencia de coloides, microorganismos y materia orgánica. Hasta el momento no ha sido posible producir membranas de OI capaces de tolerar sustanciasoxidantes que las deterioran rápidamente, motivo por el cual es fundamental evitar su presencia en el ingreso al proceso.

El pretratamiento comprende, entre otras etapas:

• cloración: para reducir la carga orgánica y bacteriológica del agua cruda;
• filtración con arena: para reducir la turbiedad;
• acidificación: para reducir el pH y limitar la formación de depósitos calcáreos;
• inhibición de la formación de sulfatos de calcio y bario;
• decloración: para eliminar el cloro residual;
• cartuchos de filtrado de partículas requeridos por los fabricantes de membranas;
• microfiltración (MF) o ultrafiltración (UF): en el caso de aplicaciones industriales muy específicas o en reutilización de aguas residuales.

La electrodiálisis, por su parte, es un proceso que permite la desmineralización de aguas salobres haciendo que los iones de diferente signo se muevan hacia zonas diferentes aplicando campos eléctricos con diferencias de potencial aplicadas sobre electrodos, y utilizando membranas selectivas que permitan sólo el paso de los iones en una solución electrolítica como es el agua salada. Los iones van a los compartimentos atraídos por los electrodos del signo contrario, dejando en cubas paralelas el agua pura y en el resto el agua salada más concentrada. Es un proceso que sólo puede separar sustancias que están ionizadas y, por lo tanto, su utilidad y rentabilidad está sólo especialmente indicada en el tratamiento de aguas salobres o reutilización de aguas residuales, con un consumo específico y de mantenimiento comparable en muchos casos a
la ósmosis inversa.

Aspectos energéticos y ambientales

Desde la perspectiva energética, los requerimientos de los procesos de evaporación son superiores a los de la OI. Para obtener el consumo total de energía de los procesos de desalinización es necesario tener en cuenta los siguientes consumos:

• bombeo desde la toma de agua;
• pretratamiento;
• postratamiento (desinfección, remineralización, etc).
• bombeo para almacenamiento y distribución de agua potable.

Para cumplir las normas internacionales de potabilidad de agua es necesario corregir la concentración de algunos minerales que el proceso de desalinización reduce en exceso, por eso es necesaria una remineralización posterior al proceso de desalinización.

En todo proceso de desalinización por medios térmicos o mecánicos siempre hay una porción del agua previamente introducida que es rechazada y devuelta al reservorio original. Por lo tanto, uno de los problemas más determinantes de la viabilidad de una operación de ósmosis inversa es la gestión de la salmuera residual. Generalmente ésta se vierte al mar si se encuentra próximo, lo cual no siempre resulta práctico y suele generar oposición por parte de algunos sectores de la comunidad, ya que ese residuo no sólo contiene las sales del agua cruda sino también todo aquel compuesto que se utilice como aditivo en el proceso de ósmosis.

La inyección de la salmuera en pozos profundos es una alternativa altamente fiable tanto desde el punto de vista operativo como de seguridad ambiental.

El sistema ideal para la eliminación de residuos sería aquel que admitiera una cantidad ilimitada del mismo y lo mantuviera siempre fuera del campo de la actividad humana. Para que una operación de inyección profunda sea factible deben verificarse cuatro condiciones:

• existencia de una formación permeable capaz de admitir el residuo;
• existencia de una formación impermeable que mantiene el residuo confinado el tiempo suficiente hasta su inocuidad;
• ambas formaciones no cambian con el desarrollo de la operación;
• la operación de inyección profunda no interfiere otros recursos más importantes.

Generalmente, la inyección de residuos requiere la aplicación de una presión superior a la natural del fluido contenido en la formación, pero el empleo de presiones excesivas puede conducir a la fracturación hidráulica de la formación permeable o a la migración de residuos hacia niveles más superficiales a través del entorno más próximo al pozo de inyección.

Por lo tanto, para una operación de inyección segura debe conocerse cuál es la mayor presión de inyección admisible.

Notas
[1] Según datos del Global Water Intelligence, un grupo de investigación industrial que sigue las tendencias del mercado mundial del agua (www.globalwaterintel.com).
[2] Tercer Informe Mundial sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos: Water in a changing World, UN ESCO , 2009. Los datos son del 2000, por lo que este porcentaje podría haber aumentado. Disponible en internet en www.unesco.org/water/wwap/ wwdr/wwdr3/

Glosario
Presión osmótica: presión que debe aplicarse a una solución concentrada en sales para producir una situación de equilibrio tal que impida el movimiento de una solución más diluida hacia la solución más concentrada a través de una membrana semipermeable.
Coloide: cualquier partícula suspendida con tamaño menor que un micrón (millonésima parte de un metro) que no puede ser removida solamente por sedimentación.
Ion: átomo o molécula con carga eléctrica.
Salmuera: agua saturada con sales o con una elevada concentración, usualmente mayor que 36 g/l.

Por: Ingeniero Javier Pozzi
Fuente: Revista Hydria

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