Desalinización, cuando el agua salada deja de serlo

La Desalinización es una alternativa que permite obtener agua potabilizable de cuerpos de aguas con concentraciones de sal importantes, como los océanos y los estuarios. El planeta Tierra en su mayor parte es agua y de esta agua la mayor cantidad es salada, con esta técnica es posible hacerla potable. Aprende todo sobre la desalinización, aquí.

DESALINIZACIÓN

¿Para qué sirve y cómo funciona la desalinización?

La desalinización, tal como su nombre lo indica, es un proceso que permite eliminar la sal del agua; la concentración de sal en los cuerpos de agua permite clasificarlos en cuerpos de agua salobres, que son aquellos en donde la concentración de sal disuelta se encuentra entre 1.000 a 10.000 mg/l.

Mientras que en los cuerpos de agua salada como los mares y océanos, la concentración de sales disueltas es superior a los 10.000 mg/l. Con el proceso de desalinización esas concentraciones pueden ser llevadas a 50 mg/l o menos, que es la concentración de sal que debe tener el agua potable.

En el proceso de desalinización se utilizan plantas desalinizadoras, las cuales también son llamadas desaladoras. Se trata de instalaciones industriales, que están adecuadas y cuentan con la tecnología para realizar el proceso de desalinización, generalmente del agua de mar o de cuerpos de agua salobres y a partir de ellos, obtener agua potable. Esto no quiere decir que no se pueda desalinizar a pequeña escala e incluso de manera doméstica.

La salobridad del agua viene determinada por el contenido de sales, aunque el agua potable tiene un contenido de sal, su porcentaje es muy bajo, como hemos indicado se clasifica como agua dulce, aquella que tiene un contenido hasta 50 mg/l, de esa concentración hacia arriba, ya se considera salobre.

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La proporción de sales minerales varía en cada cuerpo de agua, pero siempre la salinidad viene proporcionada por la presencia de sodio, calcio, magnesio, potasio, bromo, sulfatos y carbonatos, por nombrar a los más importantes, como podemos ver es una composición rica en elementos químicos. La presencia de esta cantidad de elementos en el agua y sus concentraciones, puede llegar a causar incluso la muerte en los seres vivos, si la misma es ingerida.

Se estimaba hace unos pocos años que al menos el 95% del agua que se encuentra en nuestro planeta Tierra es salada y tan solo un porcentaje inferior al 2% es apta para el consumo humano, sin embargo, estos números han cambiado y hoy en día se estima que el 97.5% del agua del planeta es salada y menos del 1% es agua verdaderamente apta para el consumo humano.

Como es conocido por todos, el ser humano puede vivir más de un mes sin consumir alimentos, sin embargo, no podemos vivir más de cinco días sin tomar agua. Por supuesto, que existen casos de personas excepcionales que han sobrevivido más tiempo sin tomar agua, pero en promedio se dice que no se puede vivir sin tomar más de cinco días, porque los órganos vitales se comprometen por deshidratación y sobreviene la muerte.

Por lo tanto, bajo esas circunstancias se clasifica al agua como el líquido vital. También existen estadísticas aterradoras sobre la condición de los cuerpos de agua potable y las reservas de agua en el mundo, las cuales disminuyen a pasos agigantados, por diversas causas, como sequías prolongadas, contaminación de los cuerpos de agua, represamiento en cabeceras de ríos, desforestación en las nacientes de los ríos, entre muchas otras causas, naturales y antrópicas.

Por lo que la potabilización del agua del mar, figura como una alternativa para solventar la escasez de agua potable en el mundo. El primer paso para lograr la potabilización del agua de mar y aguas salobres es la utilización de la desalinización del agua, para obtener agua dulce apta para el abastecimiento y riego de cultivos y posterior a su potabilización, para el consumo humano.

Pareciera que ya teniendo la solución no hay problema en desalinizar todo el mar, pero como debemos suponer este es un proceso extremadamente costoso y que además no soluciona la causa raíz del mismo, como es el deterioro de nuestros cuerpos de agua dulce.

Las plantas desalinizadoras actualmente producen a nivel mundial 99 millones de metros cúbicos de agua desalinizada, lo que abastece a aproximadamente 100 millones de personas, sin embargo el déficit es enorme, de ello hablaremos más adelante, cuando comentemos los motivos por los cuales se utiliza este procedimiento.

Sin embargo, como hemos venido diciendo, la desalinización de agua de mar no soluciona el problema, adicionalmente causa otros, como es la disposición de toda la sal que se genera en el proceso,  elemento que impacta los suelos, la flora y la fauna. Viene siendo como la serpiente que se muerde su cola, porque adicionalmente, el gasto energético también es importante, ya que las mismas tienen un alto consumo eléctrico.

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Como sabemos, la electricidad proviene de combustible fósil, termoeléctricas y también de hidroeléctricas, no obstante, todo tiene un precio ambiental elevado. Por lo que actualmente se busca hacer plantas desalinizadoras más eficientes, que utilicen energías renovables y permitan la obtención del vital líquido.

Como hemos comentado, la desalinización del agua es un proceso muy costoso, sin embargo existen situaciones y necesidades a nivel mundial que justifican la inversión de las técnicas de desalinización. La misma viene siendo utilizada y desarrollada desde mediados del siglo XIX.

En principio se trataba solo de hervir grandes cantidades de agua, para separar la sal por el proceso de evaporación, sin embargo como podrán imaginarse, el consumo de energía y la cantidad de tiempo invertido no era compensado con la cantidad de agua obtenida. Buscando entonces nuevas alternativas tecnológicas, se han desarrollado con el tiempo diversas técnicas que nombraremos y posteriormente desarrollaremos en detalle.

Una de ellas es la ósmosis inversa, la cual es una de la más utilizadas, a pesar de seguir teniendo un costo energético muy elevado, es una de las más amigables con el ambiente. También se encuentra la Destilación, la Congelación, la Evaporación relámpago, la técnica de Formación de hidratos, entre otros.

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Una planta desalinizadora realiza el tratamiento del agua de mar en cinco etapas básicas, una primera fase por supuesto es la recolección del agua que será desalinizada y luego su pre-tratamiento. Para ello, es necesaria una serie de tuberías que son colocadas en el fondo del mar para poder captar el agua salada, la cual es transportada hasta la zona de pre-tratamiento. En esta fase también se separan los sólidos en suspensión y se le agrega hipoclorito de sodio para eliminar las bacterias y demás microorganismos presentes en el agua.

Con este tratamiento previo se procede a la etapa de filtrado, para lo que se utilizan filtros de arena y coagulantes, entre ellos el cloruro férrico. Luego, se tamizan las partículas más pequeñas que permanecen disueltas en el agua, con la finalidad de separar las partículas más pequeñas, se realiza también una microfiltración.

Para ello es necesaria la utilización de filtros especiales, en los cuales se utilizan cartuchos de carbón activado y otros productos, para asegurar la captura de la mayor cantidad de microimpurezas restantes. Ya con el agua limpia de partículas entonces se procede a pasarla por los equipos de ósmosis inversa o de la técnica que sea utilizada en la planta desalinizadora.

Es allí en donde se encuentra el corazón del proceso de desalinización. Los equipos de ósmosis, evaporación relámpago, congelación, entre otras, son los encargados de que se produzca en realidad la conversión del agua salada en agua dulce.

Utilizando fuerza mecánica, el agua se hace pasar a través del mecanismo utilizado para separación de las sales y saldrán las moléculas de agua, siendo retenidas las moléculas de sal en un soporte poroso. El agua obtenida pasa a la fase de pos-tratamiento y depósito.

En esta etapa el agua es remineralizada pero a la concentración aceptable para el consumo humano, para ello se le agrega cal y dióxido de carbono. Luego de que el agua es tratada, se almacena en tanques especiales, lista para su distribución. La salmuera sobrante en algunas plantas es llevada a través de tubos y devuelta al mar, en otras es utilizada en otros procesos.

Sin embargo, los grupos ecologistas mantienen su preocupación por la disposición de las salmueras que son desechadas en el mar y en ocasiones son dispuestas en áreas en donde se salinizan los suelos, trayendo otras consecuencias ecológicas preocupantes, sobre las cuales se trabaja y se realizan investigaciones para impactar lo menos posible al ambiente marino-costero y terrestre.

¿Por qué motivo se realiza este procedimiento?

Quizá se estén preguntando ¿cómo es posible que tengamos que desalinizar el agua de mar para poder tener agua dulce?. Esta es una pregunta razonable y también permite colocar en contexto el problema del agua a nivel mundial, siendo el agua el centro de la vida de los seres vivos, no solo de los humanos, sino de todos los seres vivos.

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En un principio se hablaba de que el agua era un recurso renovable, y con base en esa definición, se hizo un uso desmedido del recurso y además sin ningún tipo de contemplación, se abusó de los reservorios de agua dulce. Actualmente sabemos que el agua no es un recurso renovable y además es un recurso limitado.

Siendo el epicentro del desarrollo sostenible, es reconocido como un recurso imprescindible para el desarrollo socioeconómico, para la generación de energía, producción de alimentos, conservación de los ecosistemas y por supuesto para la supervivencia del ser humano. El agua se ha convertido en un recurso tan importante dentro de la sociedad, que hoy en día es un derecho.

El crecimiento poblacional se ha convertido en uno de los factores que afectan de manera directa el recurso de agua, porque la población crece de manera indetenible, al igual que la demanda y necesidad del agua, pero también el deterioro de los reservorios de agua superficiales y subsuperficiales.

Adicionalmente debemos estar conscientes de que el agua no solo se utiliza para el consumo humano, para el saneamiento y salud, también es necesaria para la producción de alimentos y energía, la economía del mundo depende del agua.

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Según las cifras de la Organización Mundial de la Salud y de la Unión del Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia, conocida por sus siglas en ingles como UNICEF, para el año 2017 más de 700 millones de personas no tenían acceso al agua potable. Más de 4 millones de personas carecen de servicios de saneamiento seguros, por lo que más de 340.000 niños menores de cinco años mueren cada año por enfermedades diarreicas.

La falta de agua afecta a cuatro de cada 10 personas. Más del 80% del agua utilizada, retorna a nuestros ecosistemas sin ningún tipo de tratamiento. El 75% del agua del mundo es utilizada para generar energía. Como podemos ver, solo estamos señalando algunos de los problemas y déficit asociados al tema del agua, por lo que definitivamente es un problema a nivel mundial y con una gestión incierta a futuro.

Por lo anteriormente señalado, se hace necesaria la desalinización de las aguas saladas y salobres, para cubrir el inmenso déficit de agua y disminuir las consecuencias que trae la ausencia de la misma.  Existen a nivel mundial instituciones, movimientos ecologistas, organismos gubernamentales, entre otros formas de organización, que han tratado de abordar la crisis mundial derivada del agua insuficiente y la indetenible demanda para satisfacer las necesidades humanas, comerciales, industriales y agrícolas.

Si bien debemos estar conscientes de que el problema es muy complicado de resolver, porque involucra desde la educación de los individuos para que realicen un uso racional del recurso, hasta la disposición y tratamiento de las aguas servidas, la desalinización del agua de mar es definitivamente un mal necesario.

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Actualmente hay más de 18.000 plantas desalinizadoras, cifras que entrega la Asociación Internacional de Desalinización, conocida como IDA por sus siglas en inglés, no obstante, esas plantas satisfacen solo entre el 1 y el 3% de los requerimientos de agua potable a nivel mundial.

Procedimientos de desalinización

Como hemos señalado, una de las limitantes de este procedimiento de desalinización del agua es el costo energético y es por ello, en la búsqueda de optimizar la obtención de agua potable, se han desarrollado varios tipos de procedimientos. Algunos de los métodos utilizan el calor con la finalidad de evaporar el agua, para luego volver a condensarla.

En realidad este procedimiento no es más que la imitación del ciclo natural del agua, la cual por evaporación y condensación de las gotitas en las nubes se produce la lluvia. Otras metodologías utilizan membranas separadoras, en las que se retienen las sales.

El procedimiento de evaporación y luego condensación del agua es conocido desde el año 325 antes de Cristo, ya que así obtenían el agua los hombres de mar de la época. En el siglo XX, es cuando la desalinización del agua cobra un repunte industrial, no solo para cubrir la demanda social, sino para suplir la demanda de agua industrial, la cual es altísima.

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Ante esta necesidad de optimizar el proceso inicialmente utilizado, que era por evaporación, fue que surgieron otros procedimientos de hacer pasar el agua de mar por membranas, a este lo llamaron ósmosis inversa. Este proceso se trata de la separación haciendo pasar el agua por diferencia de concentración, lo que produce un cambio de presión que ayuda a desalinizar el agua.

También se encuentra la Destilación, este es un procedimiento que utiliza varias etapas, en las que el agua es sometida a varios procesos de evaporación y condensación. La Congelación es otro de los procesos, en este se separan los cristales para obtener el agua dulce.

En la Evaporación relámpago, se introduce gota a gota el agua salada para evaporarla. Y la Electrodiálisis que es con corriente eléctrica a través de una solución iónica. A continuación comentaremos algunos de los procedimientos de manera más detallada.

Osmosis inversa

Comenzaremos por comentar sobre el procedimiento más utilizado en las plantas desalinizadoras, como es la ósmosis inversa, siendo la tecnología más avanzada, la cual ha sido reconocida como uno de los procedimientos con menor impacto ambiental, para desalinizar el agua. Sigue teniendo en contra el gasto energético durante el procedimiento de desalinización del agua.

A continuación desarrollaremos cada una de las fases que involucra este procedimiento y con un lenguaje sencillo explicaremos de qué trata y cómo se logra eliminar la sal que se encuentra disuelta en el agua de mar y el agua salobre.

La primera innovación en este procedimiento en la utilización de membranas, para hacer pasar el agua a través de ellas. Aplicando presión mecánica para contrarrestar la presión osmótica que existe de manera natural, se hace pasar el agua desde una zona con mayor concentración de sales, es decir, el agua de mar, hacia una zona de menor concentración, lo que permite la purificación del agua durante el proceso.

La Ósmosis inversa, ¿por qué es llamada de esta manera?, se debe a que de manera natural la ósmosis consiste en que, si hay una membrana semipermeable que separa dos soluciones con un disolvente igual, este disolvente va a pasar a través de la membrana, sin embargo, las sales disueltas se mueven del lugar donde se encuentran en mayor concentración hacia el lado donde hay menor concentración de sales.

Este paso de sales de un lado hacia el otro permanecerá, hasta que de ambos lados de la membrana semipermeable tengan la misma concentración de sales. Este proceso ocurre de manera natural, sin la necesidad de realizar un aporte de energía externo, solo por la presión osmótica.

Por su parte, la ósmosis inversa consiste en hacer pasar a través de la membrana semipermeable el disolvente, que en este caso se trata del agua de mar, pero sin que pasen hacia el otro lado las sales y aquí radica la mayor diferencia entre el proceso natural y esta tecnología.

Para evitar el paso de las sales se requiere energía para incrementar la presión, la cual debe ser ligeramente superior a la presión osmótica, para que se produzca el paso del solvente de baja concentración hacia el lado de la alta concentración.

Es por ello que se llama ósmosis inversa, la presión va a depender de la concentración de sales disueltas y por supuesto del grado de desalinización que se desea obtener. La cantidad de agua desalinizada que se obtiene será siempre inferior a la cantidad de agua que se necesita desalinizar, este aspecto es muy importante de conocer, al momento de diseñar la planta.

A pesar de ser una tecnología eficiente en comparación con otras, las investigaciones para mejorarlas continúan. Actualmente se encuentra en fase de prueba la utilización de grafeno, sustancia que se compone de carbono puro, cuyos átomos se encuentran organizados geométricamente de forma hexagonal. De funcionar esta nueva propuesta, el sistema sería más eficiente porque se necesitaría menos cantidad de energía.

La mayoría de las plantas que utilizan esta técnica para la desalinización, incorporan un depósito de gran tamaño para el ingreso del agua de mar, se hace un primer filtrado grueso, para luego transportar el agua al sistema de desalinización.

Hay una fase de adición de productos químicos que se realiza por dosis, en el que se agregan secuestrantes o coagulantes para ir eliminando partículas mayores a 4 micras de tamaño. Luego se continúa el filtrado para evitar el paso de microalgas, para ello se hace una filtración con arena y luego pasan a la microfiltración.

Se agregan también dispersantes químicos en la microfiltración para evitar que se produzca la precipitación de minerales dentro de las membranas. El agua desalinizada que se obtiene del proceso de ósmosis inversa, debe ser preparada  para que pueda cumplir con las características de calidad, dependiendo de su uso. Si la misma está siendo desalinizada debe cumplir con un pH adecuado, se debe agregar floruro de sodio e hipoclorito.

Este acondicionamiento se debe a que el agua que se obtiene de la desalinización es muy ácida y baja en carbonatos, lo que la hace muy corrosiva.  La osmosis inversa tiene una elevada capacidad selectiva ya que se ha demostrado que retiene más del 99,5% de las sales disueltas.

Con respecto a los residuos de sal o salmuera que es generada en el proceso de ósmosis inversa, se diluye para ser regresada al mar. Se realizan esfuerzos importantes en tratar de impactar lo menos posible al ecosistema, tanto al momento de obtener el agua de mar, como al momento de diposner la salmuera.

Destilación

El proceso de Destilación se lleva a cabo calentando el agua de mar hasta que sus componentes más volátiles se evaporan, luego se enfría este vapor para recuperar los componentes como líquido, por medio de la condensación.

En la evaporación el componente más volátil es el agua. Como sabemos el agua de mar y el agua salobre está compuesta por una diversidad de elementos, por lo que el proceso de destilación no es tan sencillo como parece.

La desalinización por destilación involucra varias etapas, en cada una de ellas se va evaporando el agua de mar y se van separando cada uno de sus componentes, luego se va condensando en agua dulce, la cual va siendo recuperada.

A medida que se avanza en el proceso, la presión y la temperatura van descendiendo y se va concentrando lo que resulta ser la salmuera. A pesar de ser un proceso en donde se invierte mucha energía, el calor que se va obteniendo en la condensación, puede ser utilizado para calentar de nuevo el agua que hay que destilar.

Congelación

Este es un nuevo procedimiento que se está probando actualmente. El mismo se caracteriza por congelar el agua de mar para obtener de ella cristales de hielo puro. Uno de los procesos de congelación es por expansión del agua o también conocido como congelación en vacío.

Se congela de manera parcial el agua de mar a una presión de 3 mm de mercurio, se produce una evaporación, se aspira el vapor para mantener el vacío utilizando un compresor y se produce posterior a la evaporación el proceso de congelación.

Para el congelado se usa un refrigerante en donde el butano permite un proceso eficiente y no es miscible con el agua. Este procedimiento es un poco más eficiente que la destilación, debido a que la energía necesaria para congelar el agua es menor que la que se necesita para evaporarla.

Evaporación relámpago

En el proceso de desalinización del agua de mar por evaporación relámpago, el agua es introducida en el sistema por goteo, las mismas llegan a una cámara que se mantiene a baja presión, transformándose de manera inmediata en vapor.

Esta agua evaporada posteriormente es condensada, dando como resultado agua desalinizada en una primera fase. Luego el agua residual se lleva a otra cámara que se mantiene a presión más baja, luego se somete a calentamiento, pulverización y evaporación relámpag,o obteniéndose más agua desalinizada. El proceso se repetirá tantas veces sean necesarias, hasta alcanzar los niveles de desalinización que se deseen.

Formación de hidratos

Este es un proceso que ofrece una menor inversión energética, pero una mayor dificultad tecnológica, los procesos que se encuentran involucrados en el mismo, impiden de alguna manera su implementación industrial. Por lo que este proceso no se utiliza a gran escala.

Se basa, como el procedimiento de congelación, en la creación de cristales, pero en esta oportunidad se utiliza un proceso de adición de hidrocarburo al agua de mar. En la reacción que se propicia con la adición en una relación de 1/18 se generan moléculas por cristalización, logrando separar la sal y obteniendo el agua desalinizada.

Plantas de desalinización más grandes del mundo

Como se ha señalado con anterioridad, el proceso de desalinización del agua de mar y de aguas salobres fue implementado a nivel industrial desde mediados del siglo XIX y se expandió a nivel mundial. Como se indicó, actualmente existen en funcionamiento 18.000 plantas desalinizadoras, de diversos tamaños y capacidades, las cuales tienen la finalidad de suplir las necesidades de agua potable.

La planta más grande de Europa está ubicada en Torrevieja, en Alicante, España. Esta planta tiene una capacidad de 240.000 metros cúbicos de agua desalinizada por día. Sin embargo, la Planta desalinizadora más grande del mundo se encuentra en Ras Al-Khair, en Arabia Saudita, con una capacidad que supera el millón de metros cúbicos por día.

Pero también cuentan con la Planta en Shoaiba, que genera casi 900.000 metros cúbicos diarios y Jubail con 800.000 metros cúbicos por día. En los Emiratos Árabes se pueden señalar 5 Planta desalinizadoras que generan en conjunto 3.220.000 litros de agua al día.

Solo en España se encuentran al menos 900 Plantas desalinizadoras, si bien no todas son de gran de tamaño, la suma de la capacidad de producción de agua potable, ayuda a suplir las necesidades de muchas ciudades, entre las que se puede resaltar el agua de las isla de Lanzarote y Fuerteventura, la cual es totalmente suministrada por plantas desalinizadoras.

En Chile, se encuentra la Planta de Antofagasta, es uno de los pocos países de América Latina que tiene Plantas desalinizadoras. Por supuesto que se implementó para suplir la necesidad de agua potable que generó la explotación minera. Recordemos que se encuentran en el desierto.

Sin embargo, este fue solo el comienzo. En la actualidad es uno de los países en el continente con mayor desarrollo de plantas desalinizadoras, que utiliza el proceso de ósmosis inversa. Superan los 300.000 metros cúbicos de agua.

Las Plantas desalinizadoras son definitivamente una alternativa para la obtención de agua potable, sin embargo, es lógico pensar que el mundo debe hacer esfuerzos en la educación ambiental necesaria, para que las personas estén conscientes de que es un recurso vital que se agota.

Además debe haber políticas de Estado para la protección y conservación de las cuencas hidrográficas, así como proyectos de envergadura que permitan el tratamiento de las aguas residuales para su reutilización.

De esta manera se debe evitar la contaminación de los cuerpos de agua, también se deben realizar jornadas intensivas de reforestación para evitar la pérdida de suelo y contribuir con la minimización de los procesos de sedimentación que acortan la vida útil de los embalses de agua.

Y definitivamente tratar de recuperar los cuerpos de agua naturales, dejando la desalinización del agua de mar como una alternativa para las regiones que realmente lo necesitan, pero que no sea como lo es hoy en día, la única alternativa.

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