Introducción

Es un hecho bien conocido que el 96,5 % del agua del planeta Tierra está localizado en los océanos y un 1,7 % en las capas de hielo, y solo un 0,8% es agua dulce que podría estar disponible para su uso. El porcentaje restante es agua salobre de estuarios y agua salada de acuíferos subterráneos. La escasez de agua frena el desarrollo de las comunidades humanas y por ello se ha buscado incesantemente una solución a tan serio problema. Entre ellas la desalinización que por lo tanto realmente no es un concepto nuevo (Greenle et al. 2009). Subramani y Jacangelo (2015), señalaron que según un estimado de las Naciones Unidas, entre 2 a 7.000 millones de personas en el mundo sufrirán escasez de agua para mediados del siglo XXI. 

El agua de mar es inapropiada para el consumo humano y casi todos los usos agrícolas e industriales. La remoción de las sales disueltas pondría en teoría un suministro ilimitado de agua dulce, convirtiendo a la desalinización como una fuente importante de tan vital recurso (Khawaji et al., 2008). Zhu et al., (2019), indicaron que a nivel mundial unos 150 países usan la desalinización de agua de mar como fuente importante o principal de agua dulce, con una capacidad instalada de 51,2 millones m3/día, siendo los principales usuarios Arabia Saudita, Emiratos Árabes Unidos, Estados Unidos, Marruecos, Túnez, Egipto e Israel.

El presente trabajo trata sobre la desalinización de agua de mar, en particular la ósmosis inversa por tener el más rápido crecimiento a nivel mundial y ser usado en un 100 % a nivel local.

Desarrollo

Tecnologías para desalinización

La desalinización es un proceso de separación usado para reducir el contenido de sales disueltas de aguas salinas hasta logar un nivel aceptable para el uso. Todos los procesos de desalinización involucran tres corrientes líquidas: el agua de alimentación salina (agua subterránea, salobre o agua de mar), un producto de baja salinidad (agua producida) y un concentrado muy salino conocido como salmuera o agua de rechazo. Las tecnologías usadas en la actualidad incluyen procesos de membrana en las que el agua producida tiene una concentración de sólidos disueltos totales (SDT) del rango de 10 a 500 partes por millón (ppm); y procesos térmicos en las que el agua es calentada, vaporizada y luego condensada; el agua producida mediante destilación tiene de 1 a 50 ppm de SDT (Cotruvo, 2004). Greenle et al. (2009), indicaron que la ósmosis inversa (OI), la nanofiltracion (NF) y la electrodiálisis (ED) son los tres procesos de membrana disponibles en la actualidad para desalinización. Las membranas de ED operan bajo una corriente eléctrica que causa que los iones se muevan a través de membranas paralelas y se usan para la desalinización de aguas salobres; la NF no logra reducir la salinidad de agua de mar a los estándares de agua de bebida y se le ha usado para tratar aguas levemente salobres. Las membranas de OI remueven iones monovalentes tales como sodio y cloruro y logran remover hasta 99,7 a 99,9 % de las sales disueltas.  En los pasados 20 años se han logrado un conjunto de mejoras en el proceso de ósmosis inversa, que se han reflejado en significativas disminuciones de los costos de capital y operación, atribuyéndose buena parte de las mejoras a las propias membranas que son ahora más resistentes a la compresión, de mayor vida, con mejoras en el flujo, mayor recuperación y mejoras en el pasaje de sales (Khawaji et al., 2008). La destilación súbita o instantánea por multi-etapas (proceso térmico) y la ósmosis inversa (proceso por membranas) significaron un 61,6 y un 21,7 % para la desalinización de agua de mar (Khawaji et al., 2008). 

El pretratamiento es un componente clave en la desalinización de aguas, particularmente agua de mar. El objetivo de ello es remover materia particulada contaminante de naturaleza, coloidal, orgánica, mineral y microbiológica para proteger las membranas (Vouttchkov, 2010). Youssef et al (2014), han señalado que las variables a considerar en la selección de un sistema de desalinización incluyen la calidad del agua fuente, el nivel de salinidad del agua producida, el consumo de energía, el impacto ambiental y los costos. 

Aspectos económicos

Shahzad et al., (2019), han resaltado que para alcanzar un desarrollo sostenible de la desalinización del agua de mar, es primordial lograr una mejor eficiencia económica de las plantas desalinizadoras de escala comercial. 

Dévora-Isiordia et al (2013), indicaron que en México están instaladas 13.000 plantas desalinizadoras, de las que un 50 % operan con ósmosis inversa (OI), 33 % con nanofiltracion (NF), 1 % con destilación multi-etapa (DME), y un 4 % con destilación súbita multi-etapa (DSME). Las fuentes son agua de mar 60% y agua salobre 22 %. El consumo energético de la OI fue de 2 a 2,8 kWh/m3 y un costo de 0,6 USD/m3, la DME 3,4 a 4,0 kWh/m3 y costo 1,5 USD/m3, la DSME 5 a 8 kWh/m3 y costo de 1,10 USD/m3. La OI fue la más económica, con mayor producción de agua y con la ventaja de que no requiere cambios de estado. 

Jia et al., (2014), indicaron que los consumos de electricidad (kWh/m3) de varios procesos aplicados en la desalinización fueron de 5,0 para ósmosis inversa; 17,9 para destilación multietapas; 23,4 para destilación súbita multi-etapas y de 4,1 para electrodiálisis. Da Silva et al (2018), reseñaron que la desalinización mediante ósmosis inversa de agua de mar tenía consumos de electricidad de 3-7,0 kWh/m3; una tasa de recuperación del 35 al 50 %, de 200 a 500 mg/l de sólidos disueltos totales en el agua producida y un costo de capital de 700-900 USD/m3.dia, y de 0,5-3,0 kWh/m3 para agua salobre. 

Vouchov (2018), señaló que los consumos de energía eléctrica para una planta de ósmosis inversa fueron de 1,0-1,5 kWh/m3 para desalinizar agua salobre y de 2,5-4,0 kWh/m3 para agua de mar, el pre-tratamiento significó un  10,8 %  del   consumo  de energía, el sistema de ósmosis inversa un 71 %, la toma de agua del océano 5,3 %, la distribución del agua producida un 5,0 % y otras instalaciones un 7,6 %.

Investigación y desarrollo

La emergencia de la ósmosis inversa (OI) como una alternativa prometedora para la desalinización y otras aplicaciones, ha hecho necesario entender no solo el proceso, sino también las tecnologías y problemas relacionados (Hawlader et al., 2001).

Zhang et al., (2011), evaluaron la composición y variabilidad de los microorganismos asociados al bioensuciamiento en plantas desalinizadoras de agua de mar y determinaron la presencia de los géneros bacterianos Shewanella, Alteromonas, Vibrio y Cellulophaga, determinando que algunos microorganismos fueron comunes. Barnes et al., (2015), estudiaron el tratamiento con un compuesto (PROLI NONOate) donador de óxido nítrico para prevenir el bioensuciamiento de membranas en plantas desalinizadoras y encontraron que fue exitoso. 

Se logró una reducción del 70,8 % del carbono orgánico disuelto y la remoción completa de microorganismos usando la electrocoagulación en el pretratamiento de agua de mar para desalinización mediante OI (Kakizimana et al., 2016). Nigiz (2018), obtuvo valores de rechazo de sales del 99,94 % y un flujo de 2,58 kg/m2.h al incorporar nanoplacas de grafeno en un copolimero de óxido de polietileno-poliamida.  Un proceso de desalinización de agua de mar mediante OI y alta recuperación-baja presión (ARBP) produjo un agua de 350 ppm de sólidos disueltos totales con un menor consumo de energía (Ahunbay, 2019).  

Impacto ambiental de la desalinización del agua de mar

La contaminación del medio marino de las plantas desalinizadoras se debe a la liberación de salmueras, calientes o a temperatura ambiente, esto afecta la salinidad, turbidez, incrementa la temperatura, disminuye el nivel de oxígeno disuelto, y altera el potencial de óxido-reducción; además se ocasionan efectos tóxicos por el uso de diferentes productos químicos en el pre y post-tratamiento (Al-Mutaz, 1991). Laspidou et al., (2010), propusieron el uso de evaporadores solares para disminuir los volúmenes de salmuera liberados y al mismo tiempo logra la producción de sal. El uso de ósmosis inversa en lugar de la destilación súbita multi-etapas (DSME) redujo la tomas de agua marina en 3 veces, disminuyo la cantidad de salmuera liberada de 7,2 a 2,4 millones l/día y eliminó la contaminación térmica en la desalinización de agua de mar en Qatar (Darwish et al., 2013).

Conclusiones

1) La desalinización del agua de mar es una opción técnica, ambiental y económicamente factible para enfrentar la escasez de agua en muchas regiones costeras.

2) Se necesita caracterizar bien los efluentes a fin de adoptar las mejores formas para reducirlos o descartarlos.

3) Se deben desarrollar equipos multidisciplinarios para impulsar la desalinización como una alternativa.

4) Es imprescindible realizar un adecuado análisis del impacto ambiental antes del diseño y durante las operaciones.     

Referencias

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