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DESALACIÓN POR DESTILADOR Y OSMOSIS INVERSA


INTRODUCCIÓN

El agua es necesaria para el desarrollo de la vida así como para numerosas actividades humanas. Además es un bien escaso por lo que es necesario desarrollar sistemas que permitan un mejor aprovechamiento del agua que existe en nuestro planeta.

No olvidemos que las estimaciones indican que la hidrosfera contiene cerca de 1.386 millones de km3. Los océanos representan las tres cuartas partes de la superficie terrestre y de ellas el 97,5 por cien tiene una salinidad de más de un 3 por cien en peso, haciendo que no sirva para usos agrícolas, industriales o humanos. El resto es agua dulce, pero una 68,9 por cien está en forma de hielo permanentemente (imposible usarla) y del resto de agua disponible, cerca del 30 por cien son aguas subterráneas y el resto (0,3 por cien) se encuentra en ríos, lagos, embalses, etc.

Otro aspecto muy importante a considerar dentro de la distribución de los recursos hídricos del planeta es que no todos están disponibles, ni tienen la calidad necesaria. Actualmente 26 países del mundo sufren problemas de escasez (300 millones de personas), y la previsión para el año 2050 es que sean 66 países los afectados por esta escasez.

En España se consumen un total de 22.771 millones de m3 al año y de estos 1.554 se destinan al consumo industrial, 17.681,3 al secto agrario y 3.535,70 al abastecimiento urbano. Como puede observarse la mayor cifra corresponde al sector agrícola conviertiéndos en uno de los principales demandantes de agua.

Datos del Instituto Nacional de Estadística (http://www.ine.es/)

CONCEPTO DE DESTILACIÓN

Este método consiste en separar los componentes de las mezclas basándose en las diferencias en los puntos de ebullición de dichos componentes.

Cabe mencionar que un compuesto de punto de ebullición bajo se considera “volátil” en relación con los otros componentes de puntos de ebullición mayor. Los compuestos con una presión de vapor baja tendrán puntos de ebullición altos y los que tengan una presión de vapor alta tendrán puntos de ebullición bajos.

En muchos casos al tratar de separar un componente de la mezcla por destilación en la fase gas se forma una especie de asociación entre las moléculas llamada azeótropo el cual puede presentar un cambio en el punto de ebullición al realizar la destilación.

Por ejemplo, para determinar humedad (porcentaje de agua) en residuos sólidos se puede hacer uso de una destilación del azeótropo agua-tolueno. Se agrega una cantidad de tolueno al sólido pulverizado y se destila, se colecta el destilado en una trampa (Dean-Stark) y al enfriarse se puede medir la cantidad de agua que queda en el fondo de la trampa (El tolueno es menos denso que el agua y es insoluble en ésta).

Los tipos de Destilación más comunes son: La Destilación Simple, Destilación Fraccionada y la Destilación por Arrastre con Vapor. En la Destilación Simple, El proceso se lleva a cabo por medio se una sola etapa, es decir, que se evapora el líquido de punto de ebullición más bajo (mayor presión de vapor) y se condensa por medio de un refrigerante.

En la Destilación fraccionada el proceso se realiza en multi-etapas por medio de una columna de destilación en la cual, se llevan a cabo continuamente numerosas evaporaciones y condensaciones. Al ir avanzando a lo largo de la columna, la composición del vapor es más concentrada en el componente más volátil y la concentración del líquido que condensa es más rica en el componente menos volátil.

Cabe mencionar que este tipo de destilación es mucho más eficiente que una destilación simple y que mientras más etapas involucre, mejor separación se obtiene de los componentes.

En la Destilación por Arrastre con Vapor se hace pasar una corriente de vapor a través de la mezcla de reacción y los componentes que son solubles en el vapor son separados. Entre las sustancias que se pueden separar por esta técnica se pueden citar los Aceites Esenciales.

RECURSOS Y RENTABILIDAD DE LOS PROCESOS

Se estima que aproximadamente el 80 por cien del agua dulce se consume en tareas agrícolas, fundamentalmente en el riego. Cantidades significativas de agua se consumen en el ámbito industrial, principalmente en la producción de energía.

Dado que los recursos hídricos son limitados, las tecnologías basadas en la desalinización del agua de mar y el bombeo de agua a distancia, pueden paliar de alguna forma la demanda de agua que existe actualmente, pero esto por si solo no es la solución.

Además de estas tecnologías, es necesario gestionar bien el agua, evitando pérdidas o despilfarros que existen por ejemplo en las canalizaciones de riego, o en las redes de abastecimiento bien por estar obsoletas, bien por no tener un manteniemiento adecuado. Asímismo, es necesario un sistema de reciclado y reutilización de aguas tanto en la agricultura como en la industria donde la demanda de agua es tan elevada.

Se hace necesario el ahorro de agua en todos los sectores de consumo, usando técnicas de riego que eviten el despilfarro, ahorro en el consumo doméstico y su posterior depuración y reutilización.
Sin embargo, existen zonas áridas o aisladas del planeta que necesitan de fuentes externas de agua para su desarrollo como la desalación.
La desalación es un proceso que permite aumentar esos recursos, pero tiene el inconveniente de ser una tecnología cara y no está al alcance de todos los países.

La utilización de técnicas de desalación, tanto de recursos salobres como de agua de mar, constituye en determinadas circunstancias una solución a la escasez sistemática de recursos hídricos en algunas zonas. En España la desalación de agua alcanza actualmente (Ministero de Medio Ambiente, 2000) unos 220 hm3/año, de los que 127 hm3/año corresponde a la desalación de agua salobre y 93 hm3/año a agua de mar.

Del total de agua desalada, un 72 por cien se utiliza para uso urbano e industrial y el resto para regadío. El desarrollo de las técnicas de desalación, y especialmente aquellas que requieren un menor consumo energético y mayor eficacia, han contribuido a mejorar el rendimiento de las operaciones de desalación y a un menor coste de producción, lo que ha incidido en considerar las aguas desaladas como una alternativa más.

¿QUÉ ES LA DESALACIÓN? PLANTAS DESTILADORAS Y ÓSMOSIS INVERSA

La desalación es un proceso de separación de sales de una disolución acuosa, pero que puede ampliarse al proceso de separación del agua de las sales, ya que existen tecnologías que realizan este proceso y el fin último a perseguir es la separación de ambos componentes para uso humano del agua dulce producto.

Los recursos hídricos susceptibles de desalación pueden tener básicamente dos orígenes: agua de mar o agua subterránea salinizada; estas últimas pueden proceder de acuíferos costeros en contacto directo con el mar y de acuíferos aislados del mismo.

No existe en la actualidad en España, un inventario de las estructuras geológicas que almacenan aguas salobres y que sean suceptibles de aprovechamiento.

La disponibilidad de esta información podría resolver algunos de los problemas de escasez existentes en determinadas zonas. La extracción de las aguas salobres disponibles en un acuífero, si no se dispone de un conocimiento suficiente del mismo, y de una adecuada programación de bombeos puede dar lugar a graves problemas de deterioro de su calidad natural. Este caso puede darse tanto en acuíferos conectados con el mar como no: así, unas extracciones mal planificadas pueden incrementar los procesos de disolución de formaciones salinas, o el avance no controlado de la interfaz.

Más información: J.A. López Geta, M. Mejías Moreno. LAS AGUAS SALOBRES. UNA ALTERNATIVA AL ABASTECIMIENTO EN REGIONES SEMIÁRIDAS. Club del Agua, julio 2000 (http://www.igme.es/internet/web_aguas/igme/publica/pdfs/artycon21.pdf)

Esquema del proceso de desalación Esquema del proceso de desalación

 

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El sistema físico de eliminación de las sales del mar o destilación y condensación sucesivas se conocía desde la antigüedad, pero implicaba un consumo muy elevado de energía que lo hacía inviable económicamente.

En fechas más recientes se han desarrollado nuevas tecnologías que permiten la obtención de agua dulce (contenido en sales inferior a 500 ppm) a partir de agua de mar (contenido en sales del orden de 35.000 ppm) a un coste aún elevado pero progresivamente decreciente, que puede ser asumido por ciertos usos, como el doméstico, donde es particularmente competitivo y económico frente al suministro habitual de agua embotellada.

¡En la última década se ha conseguido rebajar el umbral de 60 céntimos de euro el m3 (100 ptas/m3)!

Los procesos técnicos de desalación de aguas marinas o salobres continentales pueden dividirse en:

 

FECHAS Y CIFRAS DE DESALACIÓN EN ESPAÑA

A continuación se hace referencia a la evolución de la desalación en España:

Fuente: José Antonio Medina San Juan. La desalación en España. Situación actual y previsiones.
Dentro de la Conferencia Internacional: El Plan Hidrológico Nacional y la Gestión Sostenible del Agua. Aspectos Medioambientales, reutilización y desalación (http://circe.cps.unizar.es/waterweb/index.html)

En España existen en la actualidad más de 700 plantas desaladoras tanto de agua salobre como de mar.

La capacidad instalada en España es superior a los 800.000 m3/día de las cuales

Desalación de agua de mar 47,1 por ciento
Desalación de agua salobre 52,9 por ciento


Desaladoras agua de mar mayores de 600 m3/día de capacidad:

4 Desaladoras de más de 20.000 m3/día
23 Desaladoras entre 2000 y 5000 m3/día
45 Desaladoras entre 600 y 5000 m3/día
72 Desaladoras de agua de mar de más 600 m3/día


Las grandes plantas desaladoras en España

En operación:

Las Palmas III

58.000 m3/día

Bahía de Palma

53.000 m3/día

Costa del Sol Occidental

45.000 m3/día

 

LOS COSTES DE LA DESALACIÓN

(Fuente: José Antonio Medina San Juan. La desalación del siglo XXI. Una aproximación a los costes reales de la desalación de aguas salobres y de mar en la agricultura. II Congreso Nacional de AEDyR. Alicante 21 y 22 de 2.001)

El tamaño de la planta, con independencia de que se trate de agua salobre o de mar, tiene una influencia por la economía de escala que se consigue y por tanto con la amortización.

Costes de inversión
. Agua de mar Agua salobre
Tamaño en m3/día ptas/m3.día ptas/m3.día
<500 . 45.000
500-1.000 . 38.000
1.000-1.500 . 34.000
1.500-2.000 . 29.000
>2.000 . 25.000
>5.000 160.000 .
5.000-10.000 142.500 .
10.000-25.000 125.000 .
25.000-40.000 110.000 .
40.000-60.000 101.750 .
60.000-80.000 98.000 .
80.000-100.000 87.500 .
> 100.000 84.250 .

Para la amortización de las inversiones hay que tener en cuenta períodos de tiempo y además hay que tener en cuenta que es diferente según sea obra civíl o equipos ya que las inversiones son diferentes así como los períodos de amortización.

Presupuesto
. Agua de mar Agua salobre
Obra civil 20 por cien 10 por cien
Equipos 80 por cien 90 por cien


Amortizaciones
 Agua de mar Agua salobre
Obras civil 30 años 20 años
Equipos 15 años 10 años
. ptas/m3 ptas/m3
4 por cien
20,1 a 38,2 2,3 a 4,2
5 por cien
21,7 a 41,2 2,4 a 4,4
6 por cien
23,3 a 44,3 2,5 a 4,6
7 por cien
25 a 47,5 2,7 a 4,9

Costes de operación

Hay que considerar dos aspectos:

1. Consumo energético
2. Tarifa

Estos dos aspectos son considerados en la tabla siguiente:

Costes energéticos del agua desalada
Agua salobre
Profundidad del pozo Captación Aumento salinidad Transferencia R.O Total Precio del kwh

Coste total

Mts Kwh/m3 Kwh/m3 Kwh/m3 Kwh/m3 Kwh/m3 ptas Kwh/m3
50 0,2260 0,2 0,2571 1,1000 1,7832 11 19,62
75 0,3390 0,2 0,2571 1,1000 1,8962 11 20,85
100 0,4521 0,2 0,2571 1,1000 2,0092 11 22,10
125 0,5651 0,2 0,2571 1,1000 2,1222 11 23,34
150 0,6781 0,2 0,2571 1,1000 2,3352 11 25,69
175 0,7911 0,2 0,2571 1,1000 2,3482 11 25,83
Agua de mar
. 0,4 3 3,4 7 23,80

En la tabla no han sido tenidos en cuenta los datos de explotación.

El principal factor limitante para el empleo de la desalación es casi exclusivamente económico. Hoy todavía podemos decir que el coste de la desalación de agua de mar marca el umbral al que se puede obtener el recurso en las zonas costeras, lo que influirá deforma decisiva en el estudio de las diversas alternativas que se planteen para resolver los déficit existentes.

Dicho lo anterior, también hay que añadir que el coste del agua desalada viene reduciéndose deforma muy importante en los últimos años, como consecuencia básicamente de la reducción del coste energético (principal componente del coste del agua desalada) y de las mejoras tecnológicas y el desarrollo de mercados.

Cualquiera que sea la tecnología de desalación que se emplee, los costes de la energía suponen siempre entre el 50 y el 75 por cien de los costes reales de explotación, por lo que el posible aumento de la desalación está muy directamente vinculado con el coste de la energía, que, como se vio, tiende a ser estable o ir a la baja en los últimos años.

Asimismo, la rebaja del coste del agua desalada no solo facilitará su expansión, sino que puede servir de catalizador para dar un importante salto tecnológico en el desarrollo de estos procesos.

En nuestro país, la previsión de incremento de la desalación a corto y medio plazo, contando con las obras actualmente en fase de construcción y aquellas de próxima ejecución, elevaría en más de 400 hm3/año la cifra actualmente producida, tal y como muestra el gráfico de la Figura 371 del Libro Blanco del Agua.

Volúmenes de desalación actuales y previsibles a corto y medio plazo en distintos ámbitos de planificación Volúmenes de desalación actuales y previsibles a corto y medio plazo en distintos ámbitos de planificación

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IMPACTO DE LA DESALACIÓN

(Fuente: Esperança Gacia y Enric Ballesteros. "El impacto de las plantas desalinizadoras sobre el medio marino: la salmuera en las comunidades bentónicas mediterráneas". http://circe.cps.unizar.es/spanish/waterweb/ponen/gacia.pdf)

Existen dos procesos básicos por los que se extrae la sal del agua: por destilación y por ósmosis inversa.

El impacto que tienen ambos procesos en el medio marino es parecido y resulta principalmente del vertido de las aguas residuales, aunque también existe cierto impacto derivado del proceso de captación de aguas.

Las aguas residuales resultantes de la desalinización tienen un contenido mayor en sales que las aguas de origen, presentan diferencias de temperatura, de pH, de alcalinidad y contienen sustancias químicas utilizadas durante el proceso de depuración. En el caso de las plantas que funcionan por destilación el vertido representa de 8 a 10 veces el volumen de agua depurado, mientras que en plantas de ósmosis inversa el volumen residual es menor que en las anteriores (2.5 a 3 veces el volumen depurado) pero el vertido tiene un contenido en sales mucho
mayor.

En ambos casos hay que añadir el vertido de productos químicos (biocidas, anti-incrustantes y anti-espumantes) resultado del tratamiento del agua, así como también los vertidos puntuales que resultan del limpiado de las membranas y que constituyen aportes muy concentrados de sólidos en suspensión y detergentes.

Tradicionalmente se ha considerado que el impacto químico del proceso de ósmosis inversa era despreciable por verter a concentraciones muy bajas (Morton et al. 1996). Sin embargo muchos de los componentes de los vertidos (ver tabla) tienen un impacto demostrado sobre el medio marino y, en algunos casos (e.j. metales) no tanto por su concentración sino por la carga que representan.

Compuestos

Origen/Función

Impacto

Metales pesados: Cu, Fe, Ni, Cr, Zn

corrosión

acumulación en el sistema, estrés a nivel molecular y celular

Fosfatos

anti-incrustantes

macronutriente, eutrofización

BELGARD'2000 (Ac. Málico)

anti-incrustantes

desconocido

Cl-

antifouling

formación compuestos halogenados, carcinógenos y mutágenos

Ácidos grasos

tensoactivos

membranas celulares

Sulfuro de sodio

anticorrosivo, captura O2

desconocido

Ácido sulfúrico

anti-incrustante

en grandes cantidades baja significativamente el pH del sistema

Residuos sólidos

limpieza de membranas

turbidez

Salmuera

concentrado de agua de mar

variable

Temperatura

tratamiento

variable

Recomendaciones:

Localización en zonas donde el impacto sobre las comunidades bentónicas sea mínimo (preferentemente verter en fondos sin vegetación).

LEGISLACIÓN RELACIONADA

La normativa vigente española referida a la calidad de las aguas requeridas, el Real Decreto 1138/1990 de 14 de Septiembre adapta a la legislación española la Directiva Europea 80/778/CEE de 15 de Julio sobre la misma materia. En él se definen las características de un agua potable, con las concentraciones máximas que no pueden ser rebasadas y además fija unos niveles guía deseables para el agua potable. El decreto divide los parámetros en:

Las Comunidades Autónomas podrán fijar excepciones siempre que no entrañen un riesgo para la salud pública. El apartado específico por aguas ablandadas o desaladas se fija en tres parámetros:

Posteriormente, la Directiva Europea 98/83/CEE de 3 de Noviembre establece unos nuevos requisitos mínimos a cumplir a partir de dos años después de su edición. Incluye una serie de parámetros divididos en tres partes:

Finalmente, existe una propuesta del EUREAU sobre el reglamento Técnico Sanitario para suprimir los niveles guía, revisar las concentraciones máximas admisibles del sodio, sulfatos y nitritos, basándose en estudios científico-sanitarios. También pide reconsiderar la inclusión de un nivel fijo para el calcio y el potasio, y una concentración máxima para los nitritos.

Según el Texto refundido de la Ley de Aguas:

Aguas continentales: las aguas salobres continentales forman parte del Dominio Público Hidráulico, por lo que su desalación está sometida al régimen previsto en el Texto Refundido de la Ley de Aguas (TRLA) para la explotación del Dominio Público Hidráulico, y precisa la previa concesión o autorización (art. 13 del TRLA).


Aguas del mar: la puede realizar cualquier persona física o jurídica sin que tal actividad requiera concesión o autorización en materia de Dominio Público Hidráulico. No obstante ello no excluye la obligación de obtener otras autorizaciones en materia de Dominio Público Hidráulico,por posibles vertidos, etc., así como la de obtener otras posibles autorizaciones o licencias necesarias para el desarrollo de tal actividad, licencia de obras, etc. (artículo 13 del TRLA).

 

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BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

Rico Amorós, Antonio M.; Olcina Cantos, Jorge; Paños Callado, Vicente; Baños Castiñeira, Carlos. Depuración, desalación y reutilización de aguas en España (estudio regional).Barcelona: Oikos-Tau, 1998.

II Congreso Nacional Aedyr. "La Desalación y Reutilización del Siglo XXI". Alicante, 21-22 de noviembre de 2001.[En CD-Rom]

Valero, Antonio; Uche, Javier; Serra, Luis. La desalación como alternativa al Plan Hidrológico Nacional. Aragón.

López Geta, J.A.; Mejías Moreno, M.. Las aguas salobres. Una alternativa al abastecimiento en regiones semiáridas. Los acuíferos costeros y las desaladoras. Almería, 2000.

Medina, José Antonio. La desalación en España. Situación actual y perspectivas. Conferencia internacional el Plan Hidrológico Nacional y la Gestión Sostenible del Agua. aspectos medioambientales, reutilización y desalación.

Naredo, José Manuel. La gestión del agua en España. Problemas y perspectivas. Conferencia internacional el Plan Hidrológico Nacional y la Gestión Sostenible del Agua. aspectos medioambientales, reutilización y desalación.

Wangnick, Klaus. Visión general de tecnologías de desalación y perspectivas.Conferencia internacional el Plan Hidrológico Nacional y la Gestión Sostenible del Agua. aspectos medioambientales, reutilización y desalación.

Libro Blanco del Agua. Ministerio de Medio ambiente, 2000.

Esperança Gacia y Enric Ballesteros. "El impacto de las plantas desalinizadoras sobre el medio marino: la salmuera en las comunidades bentónicas mediterráneas".


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