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DESALACIÓN DEL AGUA
INTRODUCCIÓN 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..
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. En la siguiente figura se muestran tres tipos de evaporadores:(a) evaporador de múltiple efecto, (b)evaporador instantáneo de etapas múltiples, y (c) destilados por compresión del vapor. En ellos se recoge el calor latente de vaporización del agua, que recircula a contracorriente con el vapor. Casa unidad componente de un evaporador de efecto múltiple se mantiene a una presión y temperatura ligeramente menores que la anterior, para que el vapor producido en un efecto sea la fuente de calor del siguiente paso
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.
Infografía de osmosis inversa . Publicación Consumer Eroski con varios esquemas sobre el proceso de la osmosis inversa.
DATOS GENERALES
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))
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. El aumento de planta desalinizadoras ha considerablemente en el mundo. En el año 2012, la capacidad desalinizadora global es de 66 millones de m³ diarios esperandose alcanzar los 100 millones m³ diarios en 2015, según Global Water Intelligence (GWI) y la International Desalination Association (IDA). En cuanto al origen del agua desalada, se estima que aproximadamente el 64 % proviene de procesos de membrana y el 36 % restante de procesos térmicos. 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. Segun Camino al Foro Mundial del Agua Brasilia 2018 • Desalación: A nivel mundial, hay una capacidad instalada de 99,8 millones de metros cubicos al día (m3/d), y una capacidad en funcionamiento de 92.5 millones de m3/d (datos extraidos del IDA (International Desalination Association) yearbook 2017-18, correspondiente a la cantidad acumulada entre los años 1964 y 2017 • Se estima que a nivel mundial aproximadamente el 60% del agua desalada es agua de mar y también un 60% es el porcentaje que representan las tecnologías de membranas respecto a otras como la evaporación (que ya solo se usan en países del Golfo Pérsico y con tendencia a reducirse) • Una curiosidad es que a nivel mundial solo el 3% del agua desalada se usa para la agricultura, mientras que en España ese porcentaje llega hasta el 23%´ Desalación Camino al Foro Mundial del Agua Brasilia 2018 • España es el 5º país en capacidad instalada, por detrás de los países del Golfo Pérsico, con Arabia Saudí a la cabeza, y tras Estados Unidos. Camino al Foro Mundial del Agua Brasilia 2018 • Se estima en España una capacidad instalada en el entorno de 3-3.3 millones de m3/día producida por unas 1.000 desaladoras (de nuevo se trata de estimaciones porque es difícil conocer todas y cada una de las plantas de diverso tamaño que hay en industrias, explotaciones agrícolas, etc. • En España el 87% de las plantas son con la tecnología de ósmosis inversa (hay otras de electrodiálisis reversible, alguna de evaporación, etc.) • El agua desalada representa aproximadamente el 5% del agua de abastecimiento en España.
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:
AEDyR: Historia de la desalación en España Sequía: Sin energía, agua muy cara... El desastre millonario de las de saladoras valencianas Desalinización, la alquimia del siglo XXI - Edición General - El Salto Pocos quieren beber el agua que salvó a Canarias. La sequía dispara en la Península el uso de las desaladoras, un recurso que puede llegar al 100% del suministro en los hogares del archipiélago. CRISTIAN SEGURA. Las Palmas ¿Puede la desalinización ser la solución para la crisis mundial del agua? Alejandra MartinsBBC Mundo · 22 marzo 2017
DESALACIÓN. Publicación de
http://hispagua.cedex.es , donde se
recogen diversos temas y documentación sobre la desalación, tales como
Algunas consideraciones sobre la desalación en España. Articulo de Adrian Baltanas recogido en la página de www.iagua.es El sistema de desalación más barato y simple del mundo LA DESALACIÓN DE AGUA DE MAR,¿RECURSO HÍDRICO ALTERNATIVO?. MIGUEL TORRES CORRAL.Jefe del Área de Calidad de Aguas, Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). 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. Destilación / Desalinización e imágenes: http://www.desware.net/ Desaladora de Aschkelon . La mayor planta del mundo. Planta en Israel
http://www.water-technology.net/projects/israel/
Electrodialisis
http://www.lenntech.com/electrodialysis.htm
Osmosis inversa
http://www.lenntech.com/desalination-RO-modules. Video “Sistema eólico para potabilización de agua mediante osmosis inversa”. Publicacón de mirevistadigital.wordpress..com
Asociación Española de Desalación
La desalación en Canarias por islas Publicación de El Manantial, Boletín Informativo de la Fundación Centro Canario del Agua D. Alarcón1, J. Blanco, E. Zarza, S. Malato, J. León. CIEMAT – PSA, Aptdo. de correos 22, 04200 Tabernas (Almería), España
Membranas con tecnología
propia. Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros. El La desalación que viene y no llega.Articulo en ABC.es deARACELI ACOSTA .MURCIA.17-9-2006. IMPACTO AMBIENTAL DE LA DESALACIÓN . Articulo de Juan J. Martínez de la Vallina. El negocio de la desalación. Articulo de Alberto Illán Oviedo. ¿Es la desalación el futuro del agua? | 23 Julio 2011 Desalinización (o desalación) de agua de mar: Articulo de Antonio Lamela , publicado en la revista de Cuenta y Razón 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. La desalación del agua del mar y el vertido de la salmuera. Ministerio de Medio Ambiente LAS AGUAS SALOBRES. UNA ALTERNATIVA AL ABASTECIMIENTO EN REGIONES SEMIÁRIDAS. Articulo de J.A. López Geta y M. Mejías Moreno, publicado en la página del Instituto Geológico y Minero España.
Nanofiltración
y osmosis inversa.
Tecnología de membrana. Información recogida en la
página de
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