Plumas NCC | Desalinización de agua para la crisis hídrica: beneficios e impactos ambientales

Por: Aldo Saavedra (Chile).

Nuestro planeta dispone de grandes volúmenes de agua: se estima que existen sobre 1400 millones de Km3 de agua, donde 1 Km3 es igual a 1000 millones de m3. De ese total cerca del 97,2% es agua salada, con altos niveles de salinidad (entre 3 y 5 % p/p), mientras que el 2,8% restante es agua de baja salinidad (menor del 0,05% p/p). De este último porcentaje, cerca del 85% corresponde a agua en estado sólido congelada en polos y glaciares, que no está disponible para su utilización. Esto significa que menos del 0,5% del total del agua puede ser directamente aprovechada para el consumo humano, la industria y la agricultura.

Si se utiliza el parámetro m³/habitante·año (m³h-a), para caracterizar la disponibilidad del recurso agua, se requieren 2000 m³h-a como flujo mínimo sustentable para satisfacer todas las actividades humanas y sustento de ciclos naturales. De igual manera, las necesidades mínimas promedio de agua por persona se estiman en 70 m³h-a, es decir 192 litros/día por habitante, cantidad suficiente para beber, preparar comidas, asearse y otros usos.

En los últimos 100 años el uso de agua dulce se ha incrementado por un factor de seis, y cada año crece en al menos 1 %. Mayores consumos están asociados al desarrollo económico, a la expansión demográfica (la población mundial ya supera los 7,8 mil millones) y a modificaciones en los patrones de consumo.

Como resultado, las reservas de los recursos hídricos están sometidas a una gran presión, a lo que se le suma los efectos del cambio climático global sobre las tasas de pluviosidad, la sobreexplotación de las fuentes de agua dulce y el deterioro (mayor salinidad y contaminación) de la calidad del agua para consumos humano y agricultura.

La crisis hídrica afecta a cuatro de cada diez personas en el mundo, estimándose que alrededor de 2 mil millones de personas viven en países o en regiones con estrés hídrico, problema que se incrementa continuamente.

Este contexto ha forzado la utilización de fuentes hídricas no convencionales y los respectivos procesos de tratamiento y purificación, siendo las tecnologías de desalinización y de reutilización de aguas las mayormente demandadas. Respecto a la desalinización de aguas saladas y salobres, tal proceso ha tenido un crecimiento sostenido a nivel mundial, a tasas cercanas al 8% anual en los últimos 20 años.

Desalinización de agua de mar

En la actualidad hay unas 18 mil plantas desalinizadoras que producen diariamente más de 85 millones de metros cúbicos de agua purificada. La mayoría de estas instalaciones se encuentran en Arabia Saudita, Emiratos Arabes, Israel, Kuwait y Qatar.

Las empresas que proveen equipos desalinizadores predominantemente de osmosis inversa, han indicado que este año se perfila como el más promisorio de la historia, incentivado por la drástica disminución de los costos de capital y de operación de las plantas.

El diseño cada vez más eficiente de las desalinizadoras, dotadas de sistemas recuperadores de energía y que utilizan fuentes energéticas renovables, en particular el recurso solar fotovoltaico, han logrado producir agua desalinizada a costos menores de USD 0,5/m3 de agua purificada.

Como todo proceso industrial, una planta desalinizadora transforma una materia prima (agua con determinada concentración salina) en un producto (agua purificada con salinidad menor de 0,05 % p/p) operando en flujo continuo, presurizando la alimentación antes de su ingreso a los bancos de membranas altamente selectivas que tienen la propiedad de separar el agua de los solutos (sales). Como resultado, se obtiene un flujo líquido de permeado (purificado) y otro de concentrado (rechazo salino).

En desalinización de agua de mar, por cada 100 litros de agua salada que ingresa a la osmosis inversa, alrededor de 50 litros se purifican y los restantes 50 litros se desechan con una salinidad que literalmente duplica la concentración de la alimentación.

La corriente de rechazo se denomina salmuera, que puede tener concentraciones entre 1,6 y 2,5 la salinidad normal del agua marina. Este es seguramente el punto más polémico y que requiere hacerse cargo, debido a que un manejo inadecuado puede impactar el ecosistema marino.

Otros factores que deben ser atendidos para minimizar los impactos negativos son: durante la etapa de captación (típicamente sumergida) del agua de alimentación que puede atrapar fitoplancton, zooplancton, larvas, invertebrados y peces, en la generación de residuos líquidos provenientes de los ciclos de limpieza de las membranas, en las etapas de filtración y otros pretratamientos, que producen lodos y materiales concentrados, y en la disposición de las membranas poliméricas deterioradas que en algún momento deben eliminarse, a pesar de que en uso continuo duren entre 2 a 4 años, etc.

Analicemos lo relativo al vertido de rechazos salinos al mar.  Los organismos marinos están naturalmente en equilibrio osmótico con el agua de mar que los rodea. Cuando hay variaciones locales significativas de salinidad, algunas especies no logran adaptarse, lo que las obliga a emigrar, en caso contrario pueden extinguirse. ¿Entonces, que puede hacerse para detectar, prevenir y/o resolver esta situación?

Desde hace varios decenios se vienen desarrollando estudios científicos que miden el efecto de cambios en la salinidad sobre ciertas especies, en particular la Posidonea Oceánica, planta (alga) que crece en el fondo marino. Este tipo de alga bentónica es particularmente sensible a las variaciones en la salinidad, motivo por el cual se las está empleando como biosensores naturales, para cuantificar el efecto del vertido de salmueras de plantas desalinizadoras.

Simultáneamente, se han desarrollado nuevos métodos para el vertido de salmueras al mar, empleando técnicas de dilución y difusión cercanos al punto de disposición.

Para tal efecto y dependiendo de las características de la instalación, en algunos casos se diluye previamente mezclando continuamente la salmuera con agua de mar en un estanque, o se incorpora la salmuera en el efluente de una planta de tratamiento de aguas residuales y/o se realiza el vertido mediante emisario submarino, instalando sistemas difusores en la tubería de descarga, logrando una eficiente dispersión de la salmuera, particularmente en zonas donde la presencia de corrientes marinas incrementa el proceso de mezclado y dilución.

De esta manera y asumiendo la realidad de una crisis hídrica que llegó para quedarse y que agrava aún más el déficit de agua en extensas regiones del planeta que no disponen del recurso, la desalinización es una herramienta tecnológica válida y en mejora continua. Su contribución deberá entonces sopesarse frente al problema que soluciona, produciendo agua purificada para satisfacer las necesidades humanas.

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Aldo Saa­ve­dra Fenoglio es académico del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Santiago. Doctor en Ingeniería Química, Ingeniero Civil Químico, investigador del Laboratorio de Procesos de Separación por Membranas del Departamento de Ingeniería Química. Su principal línea de investigación es la desalinización y tratamiento de aguas para su empleo en riego agrícola, agua potable y procesos productivos.