Desalinización
La desalinización es la remoción de sales de agua de mar o agua salobre para producir agua potable.
El agua de mar normal puede contener hasta unos pocos porcentajes de sal, mientras que el agua potable solo contiene más de 10 ppm de sal.
El agua del mar que antes no se podía explotar, se puede hacer potable mediante técnicas de desalinización y utilizarse para el abastecimiento humano, agrícola o industrial.
Por que es necesario desalinizar el agua
Es necesario desalinizar el agua porque el ser humano no puede consumir agua que tenga mas de 0.5 gramos por litro de sales disueltas. Por otro lado, tampoco es recomendable que tenga menos de esta cantidad (agua destilada o totalmente desmineralizada).
Para hacernos una idea de que significa esta concentración de sales, la siguiente tabla representa las diferencias de salinidad entre el agua dulce, el agua de mar y la salmuera:
Rangos de salinidad de los diferentes tipos de agua. Fuente: Fariñas (1999); Medina (2000).
Además los valores de salinidad varían según la procedencia y fenómenos físico- químicos a los que están sometidos las aguas.
Cómo se consigue separar la sal del agua
La desalación se consigue por medio de procesos de tecnología termal y tecnología de membrana. Los procesos termales abarcan:
• Destilación multi-stage flash (MSF)
• Destilación multiefecto (MED)
• Compresión de vapor (VC).
Los procesos de membrana incluyen:
• Electrodiálisis (ED)
• Osmosis inversa (RO por sus siglas en inglés)
• Intercambio iónico
• Eliminación de carbonato.
Ambos métodos obtienen como resultado dos caudales: un caudal de agua limpia con baja concentración de sales y un caudal con alta concentración de sales. Ambos métodos requieren energía para su operación.
El consumo de energía en los procesos de membrana dependen de la salinidad de agua de alimentación en contra de los procesos no termales donde no se da esta dependencia.
El consumo de energía en los procesos de RO y ED para aguas salobres y aguas con bajo contenido en sales es mucho menor que en los procesos de destilación. Además los avances recientes en la tecnología de RO para la desalación de agua de mar ha reducido el consumo de energía.
La técnica comúnmente más usada para desalinizar es la Ósmosis Inversa . Esta técnica es capaz de remover las sales en un paso.
Debido a la alta presión osmótica del agua de mar, la presión de trabajo puede ser muy alta (hasta 100 bar) para los sistemas de Ósmosis Inversa.
Pretratamiento para la Desalinización
¿Por qué un pretratamiento?
Las membranas compuestas de película delgada de ósmosis inversa están sujetas a ensuciamiento por materiales suspendidos que están presentes en el agua de mar.
Procesos de pretratamiento típicos de desalación de agua de mar:
Una forma muy rentable de evitar la contaminación biológica es la cloración del agua de mar. Desafortunadamente, el cloro oxida el material de la membrana, por lo tanto, solo se pueden tolerar 1000 ppmh.
Un proceso de decloración común es la inyección de bisulfito de sodio o metabisulfito, clasificado como un eliminador de cloro. Otra solución es el uso de un carbón activado granulado.
La Materia Orgánica Natural, las partículas y los coloides se pueden eliminar mediante el llamado “tratamiento convencional” que consiste en la coagulación seguida de filtración profunda de medios para agua de baja turbidez. Se agregan pasos adicionales como floculación y sedimentación en caso de agua de mar poco profunda muy turbia.
El pretratamiento no convencional para Materia Orgánica Natural, partículas y coloides es la ultrafiltración.
Se debe dosificar una solución antiescalante antes de que las membranas de ósmosis inversa dispersen el precipitado de carbonato de calcio y sulfatos para evitar la formación de escamas.
Se requiere una filtración fina (5 micras) como último paso antes de las membranas de RO para evitar que cualquier residuo, partículas de arena o material de tubería dañen las membranas.
Instalaciones de Desalinización - Tecnología de membrana
Una instalación de desalinización consiste en un sistema de pretratamiento, una unidad de desalinización y un tratamiento subsecuente. Una bomba de alta presión aumenta la presión del agua de alimentación a la carga de trabajo requerida. La carga de trabajo es considerablemente más alta que la presión osmótica, para lograr un flujo satisfactorio a través de la membrana. Una mayor carga de trabajo dará como resultado una mayor cantidad de agua tratada.
Un interruptor de alta presión regula la presión dentro de las membranas. La instalación también contiene medidores de flujo y medidores de presión para la regulación del proceso. Además, hay una serie de medidas de seguridad, como un interruptor de baja presión y un medidor de conductividad con una barrera de seguridad.
La unidad de desalinización en una instalación de desalinización consta de una serie de membranas de ósmosis inversa en varios recipientes a presión, que se colocan en un cierto orden. El agua de alimentación que se bombea al módulo se separará en agua con bajo contenido de sal y agua con alto contenido de sal.
El agua con un bajo contenido de sal se llama “permeado” y el agua con un alto contenido de sal se llama “concentrado”. El flujo del concentrado está regulado por un recipiente a presión, que se coloca dentro del concentrado. El recipiente a presión regula el porcentaje de agua de alimentación que sale del módulo a través del flujo de concentrado.
En un módulo en espiral que consta de múltiples membranas situadas en un recipiente a presión, el agua de alimentación fluye dentro del recipiente a presión, a través de los canales en espiral del elemento.
Las membranas espirales en el recipiente a presión que están interconectadas asegurarán que el agua de alimentación se vuelva más concentrada. Cuando el concentrado pasa a través de la última membrana, alcanzará una tapa de presión, que libera presión.
El permeado de cada elemento de membrana se recoge en un tubo que se coloca centralmente en cada membrana espiral. Fuera del recipiente a presión, un drenaje atrapa el permeado de las membranas espirales.
Un beneficio específico de las unidades de membrana en espiral es el hecho de que se pueden organizar en serie dentro de cualquier recipiente a presión. Esto significa que el agua de alimentación fluye a través de una membrana con un sistema tubular varias veces.
Las unidades de fibra hueca no tienen este beneficio, lo que significa que necesitan desagües separados para el agua de alimentación, el permeado y el concentrado. Las instalaciones de fibra hueca que se construyen a gran escala tendrán costos de sistema muy altos, principalmente para la construcción del sistema de drenaje.