TRATAMIENTO DE AGUASDESALINIZACIÓN DE AGUA DE MAR: INTRODUCCIÓN CONCEPTO LEGISLACIÓN RELACIONADA TÉCNICAS DE DESALINIZACIÓN: DESTILACIÓN PROCESOS A TRAVÉS DE MEMBRANAS CONGELACIÓN LOS COSTES DE LA DESALACIÓN RECOMENDACIONES RECURSOS Y RENTABILIDAD DE LOS PROCESOS ni tienen la calidad necesaria. industriales o humanos. Otro aspecto muy importante a considerar dentro de la distribución de los recursos hídricos del planeta es que no todos están disponibles. No olvidemos que las estimaciones indican que la hidrosfera contiene cerca de 1. pero una 68.3 por cien) se encuentra en ríos.9 por cien está en forma de hielo permanentemente (imposible usarla) y del resto de agua disponible.ine. etc. cerca del 30 por cien son aguas subterráneas y el resto (0.681. Además es un bien escaso por lo que es necesario desarrollar sistemas que permitan un mejor aprovechamiento del agua que existe en nuestro planeta. Actualmente 26 países del mundo sufren problemas de escasez (300 millones de personas).386 millones de km3.es/) . Como puede observarse la mayor cifra corresponde al sector agrícola convirtiéndose en uno de los principales demandantes de agua. embalses. En España se consumen un total de 22. Los océanos representan las tres cuartas partes de la superficie terrestre y de ellas el 97.70 al abastecimiento urbano. lagos.TRATAMIENTO DE AGUAS INTRODUCCIÓN: El agua es necesaria para el desarrollo de la vida así como para numerosas actividades humanas.771 millones de m3 al año y de estos 1. y la previsión para el año 2050 es que sean 66 países los afectados por esta escasez.3 al sector agrario y 3. 17. Datos del Instituto Nacional de Estadística (http://www.535. El resto es agua dulce.5 por cien tiene una salinidad de más de un 3 por cien en peso. haciendo que no sirva para usos agrícolas.554 se destinan al consumo industrial. TRATAMIENTO DE AGUAS DESALINIZACIÓN: CONCEPTO: La desalación o desalinización es un proceso de separación de la sal del agua del mar o de las aguas salobres. para hacerlas potables o útiles para otros fines. El proceso es simple. . mediante la aplicación de una presión mecánica se logra hacer pasar el agua salada a través de una membrana artificial para separarla de la sal y así obtener agua pura. el abandono de terrenos que una vez fueron fértiles y aun la desaparición de culturas milenarias. Expertos soviéticos prevén para el año 2015 el agotamiento de los recursos de agua consumible en las regiones habitadas del planeta. se practica desde hace 2 000 años. pero si procedía a la evaporación del agua era para obtener sal. La conversión del agua de mar en agua dulce no es una idea nueva. Cuando el agua escaseaba. el método básico para hacerlo. sobrevenía el éxodo de los pueblos. particularmente por los marinos. Sin embargo. El hombre primitivo hizo otro tanto. La destilación. Desde los tiempos prehistóricos. en la Tierra estamos rodeados de agua salada. Las tierras áridas que cubren más de una tercera parte de la superficie de los continentes (la tierra de cultivo equivale sólo a una décima parte) podrían ser fértiles otra vez. Si fuera posible quitar las sales del agua del océano mediante un proceso barato. La tecnología más extendida actualmente es la ósmosis inversa. los problemas suscitados por la cantidad y la calidad del agua fueron de solución imprescindible para la existencia de las agrupaciones humanas. podrían resolverse algunos de los problemas más urgentes de la humanidad. Los principales procedimientos para desalar el agua de mar son · Destilación · Procesos a través de membranas · Congelación . El mejor ejemplo lo constituyen los países petroleros del Golfo Pérsico. A partir de entonces se han ido construyendo grandes destilerías de agua alimentadas por gas natural y petróleo. tanto desde el punto de vista geográfico como económico.TRATAMIENTO DE AGUAS Hoy en día. donde hasta hace 35 años se tenía que importar agua dulce por barco a un costo exorbitante. sólo en situaciones especiales se ha justificado la instalación de grandes plantas para desalar el agua de mar. es necesario gestionar bien el agua. Dado que los recursos hídricos son limitados. principalmente en la producción de energía. . En España la desalación de agua alcanza actualmente (Ministero de Medio Ambiente. 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. y especialmente aquellas que requieren un menor consumo energético y mayor eficacia. ahorro en el consumo doméstico y su posterior depuración y reutilización. un 72 por cien se utiliza para uso urbano e industrial y el resto para regadío. El desarrollo de las técnicas de desalación. Asímismo. o en las redes de abastecimiento bien por estar obsoletas. fundamentalmente en el riego. Además de estas tecnologías. usando técnicas de riego que eviten el despilfarro. pero esto por si solo no es la solución. Se hace necesario el ahorro de agua en todos los sectores de consumo. Sin embargo. Del total de agua desalada.TRATAMIENTO DE AGUAS RECURSOS Y RENTABILIDAD DE LOS PROCESOS: Se estima que aproximadamente el 80 por cien del agua dulce se consume en tareas agrícolas. han contribuido a mejorar el rendimiento de las operaciones de desalación y a un menor coste de producción. pero tiene el inconveniente de ser una tecnología cara y no está al alcance de todos los países. las tecnologías basadas en la desalinización del agua de mar y el bombeo de agua a distancia. constituye en determinadas circunstancias una solución a la escasez sistemática de recursos hídricos en algunas zonas. evitando pérdidas o despilfarros que existen por ejemplo en las canalizaciones de riego. lo que ha incidido en considerar las aguas desaladas como una alternativa más. bien por no tener un manteniemiento adecuado. de los que 127 hm3/año corresponde a la desalación de agua salobre y 93 hm3/año a agua de mar. 2000) unos 220 hm3/año. La utilización de técnicas de desalación. Cantidades significativas de agua se consumen en el ámbito industrial. pueden paliar de alguna forma la demanda de agua que existe actualmente. La desalación es un proceso que permite aumentar esos recursos. existen zonas áridas o aisladas del planeta que necesitan de fuentes externas de agua para su desarrollo como la desalación. tanto de recursos salobres como de agua de mar. R. SUBTERRÁNEA AGUA RESIDUAL DEPURADA(A. D) UTIL REPITIENDO PROCESO VERTIDO .TRATAMIENTO DE AGUAS TÉCNICAS DE DESALINIZACIÓN: CONSUMO AGUA DE MAR AGUA PRODCUTO/PERMEADO AGUA BRUTA O DE ALIMENTACIÓN TÉCNICA DE DESALINIZACIÓN AGUA SALOBRE (NO MARINA O CONTINENTAL) AGUA CONCENTRADA/ DESECHO/ RECHAZO/SALMUERA SUPERFICIAL. El agua salada se calienta en el interior de un invernadero por la acción de los rayos solares. Sin embargo. . En este procedimiento el intercambio de calor es muy eficiente. evaporada en varias cámaras y eventualmente descargada a 30° C otra vez al mar. aumenta. Para destilaciones a gran escala se emplea el método de evaporación súbita.TRATAMIENTO DE AGUAS DESTILACIÓN: El procedimiento más simple y barato para destilar agua de mar consiste en el invernadero destilador. llamada destilación súbita. Cuando agua de mar a 20° C es calentada a 100° C. Agua de mar bajo presión se calienta a 100° C y se introduce en una cámara que se encuentra a una presión menor. y las gotas de agua se recogen en un canal. donde suministraba 20 m³ por día de agua dulce. calentándola. El vapor se condensa en tubos por los que fluye agua de mar fría. El vapor que se forma se condensa sobre los cristales. ya que la producción no puede sobrepasar los 4 o 5 litros por día y por m² de superficie de agua. las pérdidas de calor son escasas. durante 40 años. mientras que el agua salada no evaporada pasa a otra cámara que tiene una presión menor que la primera. en las salinas de Chile a finales del siglo pasado. las posibilidades de este sencillo procedimiento son limitadas. El resultado es una evaporación instantánea por descompresión. mientras que la del agua de mar que corre por los tubos. El agua dulce se separa. la temperatura del agua salada disminuye. Un destilador de este tipo funcionó. La vaporización instantánea ocurre otra vez. para condensar el vapor. TRATAMIENTO DE AGUAS . Israel. El segundo procedimiento con membrana. La primera instalación para electrodiálisis data de 1960.TRATAMIENTO DE AGUAS PROCESOS A TRAVÉS DE MEMBRANAS: En estos procesos se utilizan membranas de plástico para permitir el paso selectivo de iones (electrodiálisis) o agua (ósmosis inversa). Cl -. separados por una serie de cámaras en las cuales se encuentran membranas aniónicas (es decir. como se muestra en la figura 4 de dos electrodos con cargas diferentes. son permeables únicamente a los aniones. Al aplicarse la corriente eléctrica. la Unión Soviética. la ósmosis inversa. lo mismo sucede con los aniones: migran a través de la membrana aniónica y son detenidos por la catiónica. S04-2. cada compartimiento está lleno de agua salada. El proceso consiste. Después de cierto tiempo se tienen compartimientos alternadamente llenos de salmuera y de agua dulce. el Ca+2 y el Mg+2 se mueven hacia el electrodo negativo y se detienen al llegar a la membrana aniónica. etc. se ha desarrollado más recientemente. La ósmosis consiste en el transporte espontáneo de un . Este proceso se emplea en Japón. entre otros países. Estados Unidos y Holanda.). los iones migran hacia el electrodo de polaridad opuesta. pasando por la membrana catiónica. Cuando no hay paso de corriente mediante los electrodos. El Na+. por ejemplo. El proceso de ósmosis inversa consiste en aplicar sobre la solución concentrada en sales (agua de mar) una presión mayor que la osmótica. . de allí que las unidades de ósmosis exijan un pre tratamiento importante. se observa un flujo de agua dulce al agua salada. Cuando se encuentran agua dulce y de mar en lados opuestos de una membrana que es permeable únicamente al agua. Para que este fenómeno no se presente. para que no haya transferencia del disolvente que diluya la solución salada. El agua pasa por medio de la membrana en dirección contraria. se requiere aplicar una presión llamada presión osmótica. es decir. a través de una membrana semipermeable. Un gran problema que enfrentan los procedimientos de membrana son las incrustaciones de sales y los de depósitos de materias orgánicas presentes en el agua de mar. aumentando el volumen total del agua dulce. particularmente filtración sobre arena o tierra de diatomeas.TRATAMIENTO DE AGUAS disolvente de una solución diluida a otra más concentrada. Enfriando agua salada para formar cristales de hielo bajo condiciones controladas puede llegar a desalinizar agua.Por expansión del agua (congelación en vacío): El agua de mar se congela parcialmente a una presión absoluta de 3 mm de mercurio. mientras que el calor de fusión es de sólo 6. y pocos problemas de escalamiento y de precipitación. mientras que el agua en forma líquida se concentra en sales. que es el que provoca la congelación. acompañada del enfriamiento correspondiente. Este proceso consiste en congelar el agua y recoger los cristales de agua pura formados para fundirlos y obtener un agua dulce independientemente de la concentración del agua inicial. Estas ventajas incluyen un menor requerimiento energético para un proceso de una sola etapa (el calor de evaporación del agua es 40. A esta presión se produce una evaporación. la principal desventaja de la congelación se relaciona con el lento crecimiento de cristales de hielo y con la eliminación de los depósitos salinos en los cristales. Aunque pueda parecer un proceso muy sencillo tiene problemas de adaptación para su implantación a escala industrial. así como adaptar la tecnología a intercambiadores de frío. Algunos científicos han sugerido que una solución parcial para la escasez de agua en las zonas desérticas del planeta sería remolcar los témpanos desde el Ártico o la Antártica. es decir. . el congelamiento tiene algunas ventajas sobre la destilación. En teoría. Una desventaja es que el proceso involucra la manipulación de mezclas de agua y hielo que son mecánicamente complejas de manejar y procesar.TRATAMIENTO DE AGUAS CONGELACIÓN: El proceso de congelación es un fenómeno natural que se contempla con mucha facilidad en nuestro Planeta. No se ofrecen datos del consumo específico de este proceso porque sólo existen experimentos de pequeña escala no extrapolables a la realidad. ya que el aislamiento térmico para mantener el frío y los mecanismos para la separación de los cristales de hielo deben mejorarse para que este proceso sea algún día competitivo. a -4 ºC. Existen dos procedimientos de congelación directa: 1. que era la opción para desalinizar predominante en el tiempo en que se desarrollo la tecnología de congelación.01 kJ/mol). La congelación del agua salobre (-1. alrededor del 70% del agua dulce está contenida en los polos terrestres. un menor potencial de corrosión.9 a -3 ºC) suministra cristales de hielo puro que se separan de la solución..79 kJ/mol. pero la utilización de hielo de los polos para el consumo humano es muy poco conveniente para la conservación del equilibrio térmico del Planeta. 80. II Congreso Nacional de AEDyR.500 . > 100.000-25. El butano por ejemplo.000 160.000 . 25. 29. El agua de mar se congela parcialmente por la expansión del butano.000-80. o por absorción en una solución higroscópica (que absorbe agua). satisface estas condiciones.000 1.000 .000 98. 25. Una aproximación a los costes reales de la desalación de aguas salobres y de mar en la agricultura. con independencia de que se trate de agua salobre o de mar.500-2.TRATAMIENTO DE AGUAS Para mantener el vacío necesario es preciso aspirar de continuo el vapor de agua formado.500 .día <500 .750 . 10. 2.000 .000 110. 38.000 101.250 .000 >5. pudiendo ser realizada esta operación bien por un compresor mecánico. los problemas de compresión del gran volumen de vapor producido a baja presión son considerables.000 142.000-1.000 1. En la práctica. 60.000 . 40.000-100. LOS COSTES DE LA DESALACIÓN: (Fuente: José Antonio Medina San Juan.día ptas/m3.000-60.001) El tamaño de la planta.000 125. .000-10. Este procedimiento evita los problemas de compresión inherentes a la congelación en vacío.000 84. Alicante 21 y 22 de 2. 45. tiene una influencia por la economía de escala que se consigue y por tanto con la amortización. Agua de mar Agua salobre Tamaño en m3/día ptas/m3.000 ..000 87. Costes de inversión . La desalación del siglo XXI.500 .000 500-1.000-40.000 .000 >2.000 . 34. 5.Congelación con ayuda de un agente refrigerante: Se utiliza un refrigerante auxiliar cuya tensión de vapor sea netamente superior a la del agua y que no sea mezclable con ella. 4 2.4 a 4. Tarifa Estos dos aspectos son considerados en la tabla siguiente: .TRATAMIENTO DE AGUAS 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.7 a 4.3 a 4. 4 por cien 5 por cien 6 por cien 7 por cien 30 años 15 años ptas/m3 20.3 a 44.2 21. .3 25 a 47.1 a 38.7 a 41.5 a 4.2 23.6 2.2 2.5 Agua salobre 20 años 10 años ptas/m3 2. Obra civil Equipos Presupuesto Agua de mar Agua salobre 20 por cien 10 por cien 80 por cien 90 por cien Amortizaciones Agua de mar Obras civil Equipos . Consumo energético 2.9 Costes de operación Hay que considerar dos aspectos: 1. 1000 1. Kwh/m3 0.2260 0. http://circe.3352 11 25.3482 11 25.2571 0.10 1.2571 0.85 1. El principal factor limitante para el empleo de la desalación es casi exclusivamente económico.5651 0. la rebaja del coste del agua desalada no solo facilitará su expansión. IMPACTO DE LA DESALACIÓN (Fuente: Esperança Gacia y Enric Ballesteros.cps. también hay que añadir que el coste del agua desalada viene reduciéndose de forma muy importante en los últimos años. sino que puede servir de catalizador para dar un importante salto tecnológico en el desarrollo de estos procesos.2 0.2571 0. Asimismo.2 0.2 0.unizar.2571 0.0092 11 22.1000 2.1222 11 23.1000 2. tiende a ser estable o ir a la baja en los últimos años.4 7 23.83 R.69 1.1000 2.2 .7911 0. .4521 0.pdf) Existen dos procesos básicos por los que se extrae la sal del agua: por destilación y por ósmosis inversa.TRATAMIENTO DE AGUAS Costes energéticos del agua desalada Agua salobre Profundidad Aumento Captación Transferencia del pozo salinidad Mts 50 75 100 125 150 175 Agua de mar Kwh/m3 Kwh/m3 0.4 Precio Coste del total kwh Kwh/m3 Kwh/m3 ptas Kwh/m3 1.2571 0. 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 de forma decisiva en el estudio de las diversas alternativas que se planteen para resolver los déficit existentes. los costes de la energía suponen siempre entre el 50 y el 75 por cien de los costes reales de explotación.7832 11 19. como se vio.3390 0. Cualquiera que sea la tecnología de desalación que se emplee.8962 11 20.es/spanish/waterweb/ponen/gacia.O Total 3 3. por lo que el posible aumento de la desalación está muy directamente vinculado con el coste de la energía.62 1.6781 0.1000 1. "El impacto de las plantas desalinizadoras sobre el medio marino: la salmuera en las comunidades bentónicas mediterráneas". Dicho lo anterior.2 0.80 En la tabla no han sido tenidos en cuenta los datos de explotación.2 0. que. 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.34 1.1000 2.2571 0. Málico) ClÁcidos grasos Sulfuro de sodio Ácido sulfúrico Residuos sólidos Salmuera Temperatura Origen/Función corrosión anti-incrustantes anti-incrustantes antifouling tensoactivos anticorrosivo. eutrofización desconocido formación compuestos halogenados. estrés a nivel molecular y celular macronutriente. en algunos casos (e. En ambos casos hay que añadir el vertido de productos químicos (biocidas.j. presentan diferencias de temperatura. metales) no tanto por su concentración sino por la carga que representan. Zn Fosfatos BELGARD'2000 (Ac. Cr. Ni. de alcalinidad y contienen sustancias químicas utilizadas durante el proceso de depuración. carcinógenos y mutágenos membranas celulares desconocido en grandes cantidades baja significativamente el pH del sistema turbidez variable variable .TRATAMIENTO DE AGUAS El impacto que tienen ambos procesos en el medio marino es parecido y resulta principalmente del vertido de las aguas residuales. En el caso de las plantas que funcionan por destilación el vertido representa de 8 a 10 veces el volumen de agua depurado.5 a 3 veces el volumen depurado) pero el vertido tiene un contenido en sales mucho mayor. Compuestos Metales pesados: Cu. captura O2 anti-incrustante limpieza de membranas concentrado de agua de mar tratamiento Impacto acumulación en el sistema. anti-incrustantes y anti-espumantes) resultado del tratamiento del agua. 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). mientras que en plantas de ósmosis inversa el volumen residual es menor que en las anteriores (2. 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. de pH. Sin embargo muchos de los componentes de los vertidos (ver tabla) tienen un impacto demostrado sobre el medio marino y. aunque también existe cierto impacto derivado del proceso de captación de aguas. Fe. Las aguas residuales resultantes de la desalinización tienen un contenido mayor en sales que las aguas de origen. de 26 de julio de aguas. En él se definen las características de un agua potable.. de 20 de julio. por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Aguas. .90)M.g. de Aguas (BOCA nº 94. El decreto divide los parámetros en: Organolépticos Físico-químicos Sustancias no deseables Sustancias tóxicas Microbiológicos Radiactividad Las Comunidades Autónomas podrán fijar excepciones siempre que no entrañen un riesgo para la salud pública.: 1990/1927. Ley 54/1997. de 28 de julio. Ley 12/1990. Corrección de errores de la Ley 12/1990.A. de 27 noviembre. del Sector Eléctrico. (Vigente hasta el 1 de enero de 2002). praderas de angiospermas marinas) Los vertidos de salmueras deben situarse en zonas con un hidrodinamismo medio o elevado que facilite la dispersión de la sal Evitar cambios importantes en el régimen hidrodinámico que puedan afectar procesos de sedimentación e intentar que el agua de origen sea de buena calidad para minimizar el tratamiento químico posterior Investigar los distintos aspectos del impacto de salmueras en el litoral Son necesarios estudios del impacto de cada elemento del vertido por separado y también de sus posibles interacciones así como establecer cuáles son los límites de tolerancia de las distintas LEGISLACIÓN RELACIONADA: Real Decreto Legislativo 1/2001.TRATAMIENTO DE AGUAS Recomendaciones: Localización en zonas donde el impacto sobre las comunidades bentónicas sea mínimo (preferentemente verter en fondos sin vegetación). El apartado específico por aguas ablandadas o desaladas se fija en tres parámetros: pH: debe estar equilibrado para que el agua no sea agresiva. de 27. 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. sobre las instalaciones de desalación de agua marina o salobre. de 26 de Julio. Alcalinidad: debe tener al menos 30 mg/l de HCO3 .07. con las concentraciones máximas que no pueden ser rebasadas y además fija unos niveles guía deseable para el agua potable. Evitar bahías cerradas y sistemas con importante valor ecológico (e. Real Decreto 1327/1995. La normativa vigente española referida a la calidad de las aguas requeridas. Incluye una serie de parámetros divididos en tres partes: Microbiológicos Químicos Indicadores (valores guía) Finalmente. y precisa la previa concesión o autorización (art. etc. y una concentración máxima para los nitritos. licencia de obras. sulfatos y nitritos.. que implica un acondicionamiento químico del agua producto desalada. 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. También pide reconsiderar la inclusión de un nivel fijo para el calcio y el potasio. . así como la de obtener otras posibles autorizaciones o licencias necesarias para el desarrollo de tal actividad. etc. Según el Texto refundido de la Ley de Aguas: Aguas continentales: las aguas salobres continentales forman parte del Dominio Público Hidráulico.TRATAMIENTO DE AGUAS Dureza: debe tener al menor 60 mg/l de Ca ++ .por posibles vertidos. 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. (artículo 13 del TRLA). existe una propuesta del EUREAU sobre el reglamento Técnico Sanitario para suprimir los niveles guía. basándose en estudios científico-sanitarios. No obstante ello no excluye la obligación de obtener otras autorizaciones en materia de Dominio Público Hidráulico. Posteriormente. 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. revisar las concentraciones máximas admisibles del sodio. 13 del TRLA).