Las principales técnicas de desalación las podemos clasificar en tres grandes grupos según el principio que aplican.

Transcripción

1 1. QUÉ ES LA DESALACIÓN? 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. 2. PRINCIPALES TÉCNICAS DE DESALACIÓN. Las principales técnicas de desalación las podemos clasificar en tres grandes grupos según el principio que aplican. Cambio de fase Evaporación súbita múltiple etapa (MSF) Evaporación Múltiple Efecto (ME) Compresión Vapor Destilación solar Congelación Membranas selectivas Ósmosis Inversa (OI) Electrodiálisis (ED) Enlace químico Intercambio Iónico (CI) Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -1-

2 2.1 Destilación Multietapa Flash (destilación súbita multietapa, MSF) El proceso MSF es el más ampliamente utilizado para la desalación de agua de mar. Se suele utilizar cuando hay vapor disponible de una planta de generación eléctrica próxima. En el proceso MSF, el agua de mar se calienta en un recalentador de salmuera y pasa a otro recipiente, llamado etapa, donde la presión reinante es tal que el agua inmediatamente hierve de forma súbita (flash). Solo un pequeño porcentaje del agua se evapora, de forma que la producción de la planta se logra mediante la operación de sucesivas etapas que funcionan a presiones que se van reduciendo progresivamente. El vapor producido se condensa como agua dulce sobre tubos de intercambiadores de calor que atraviesan cada etapa, lo cual a su vez precalienta el agua de alimentación, reduciéndose así la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura del agua entrante. Figura 1. Esquema de una planta de destilación MSF (Inalsa) 2.2. Destilación por múltiple efecto (MED) La destilación multiefecto tiene algún parecido con el sistema MSF, en cuanto que es más económica cuando se instala en conjunto con una central termoeléctrica. El coste de capital es mayor que MSF, pero es más sencilla de operar y tiene un coste de operación menor. El sistema ME se ha utilizado fundamentalmente en plantas de tamaño medio en algunas zonas como el Caribe. La técnica de M.E. (múltiple efecto) consiste en evaporar en etapas sucesivas. Así, la primera etapa es alimentada con vapor externo (70º-80º) y en el resto de las etapas se va utilizando el calor de condensación del vapor producido por la etapa anterior. De esta forma, se va elevando la temperatura del agua del mar desde unos 22ºC, (2-3 grados por etapa), hasta la temperatura del vapor de alimentación. Simultáneamente, el condensado (agua desalinizada) va perdiendo temperatura hasta igualar, en la salida del proceso, a la Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -2-

3 del mar. Este proceso se realiza en un vacío constante en todas las etapas, aproximadamente 0.05 Kg/cm2, equivalente a un punto de ebullición de 33ºC. Este procedimiento de ME es el que se usó en los primeros tiempos de la tecnología de desalinización por su ventaja para producir simultáneamente energía eléctrica y utilizar vapores de baja energía. Se considera que la ME obtendrá una cuota creciente de mercado, debido principalmente a la excelente reputación y a las posibilidades de las plantas actualmente instaladas, y quizás a las innovaciones que están en desarrollo. Las plantas ME se construyen actualmente para capacidades entre y m3/d. Figura 2. Esquema de una planta de destilación ME (Inalsa) 2.3. Compresión de vapor (CV) El sistema de compresión de vapor consiste en evaporar el agua del mar, aumentar la temperatura de condensación de vapores mediante un compresor y su posterior condensación en un intercambiador de calor, enfriado con el mismo agua evaporante. Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -3-

4 La evaporación se produce en la parte más baja de la cámara, previa eliminación de los gases incondensables (aire) mediante una bomba o eyector de vacío. Los vapores son extraídos por el compresor, que los hace circular por el interior de los tubos condensadores. Cuando el vapor se comprime, aumenta su temperatura de condensación y, al enfriar el condensador con el agua evaporante, se condensan los vapores y el agua dulce así obtenida se extrae del evaporador con la bomba de producto. Para mantener la salinidad constante en el interior del evaporador parte de la salmuera refrigerante se envía al mar. Para compensar la salmuera y producto extraídos hay que introducir agua de mar. Como el agua de mar es fría y la salmuera y producto están calientes, se les hace pasar por un intercambiador y así se recupera gran parte de su energía calorífica. La CMV es una técnica que encuentra su mayor aplicabilidad en las operaciones básicas de cocción, evaporación, concentración, secado, destilación y recuperación de energía. Los sectores más interesantes son el químico y el alimentario. Sin embargo, es también interesante en otros sectores industriales en los que se pueda aprovechar la energía del vapor obtenido. Figura 3. Esquema de una planta CV (Inalsa) 2.4. Destilación solar La energía solar es el método ideal para producir agua en zonas áridas y muy aisladas del resto de poblaciones. A pesar de tener un coste energético nulo y escasa inversión necesaria, su baja rentabilidad reside en su escasa producción por metro cuadrado de superficie expuesta al sol, al destilarse tan sólo unos litros al día en el caso de condiciones climatológicas favorables (en torno a 4 l/m2) Por lo tanto no se han desarrollado a gran escala en lugares con un consumo elevado de agua dulce. Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -4-

5 Hay varias formas de producir agua dulce usando la energía solar, en este párrafo nos ceñiremos a la destilación por colectores o balsas invernadero solares. El principio básico es el del efecto invernadero: el sol calienta una cámara de aire a través de un cristal transparente, en cuyo fondo tenemos agua salada en reposo. Dependiendo de la radiación solar y otros factores como la velocidad del viento (que enfría el vidrio exterior), una fracción de esta agua salada se evapora y se condensa en la cara interior del vidrio. Como dicho vidrio está inclinado, las gotas caen en un canal que va recogiendo dicho condensado evitando que vuelvan a caer en el proceso de condensación a la lámina inferior de salmuera. Aunque pueden utilizarse técnicas de concentración de los rayos solares apoyándose en lentes ó espejos (parabólicos ó lisos), no suelen compensar la mayor producción debido a las mayores pérdidas de calor que ello conlleva y su mayor coste económico. Otros factores que inciden negativamente en estas instalaciones son la energía de bombeo del agua, la prevención de formación de incrustaciones y la reparación y limpieza de cristales. Figura 4: Esquema de un colector solar para destilación 2.5. Congelación 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, previo lavado y tamizado para eliminar las sales adheridas a los cristales. Aunque pueda parecer un proceso muy sencillo y con menor coste energético, menor efecto corrosivo y menor incrustación y precipitación, tiene problemas de adaptación para su implantación a escala industrial, ya que el aislamiento térmico para mantener el frío y los mecanismos para la manipulación mecánica del agua y hielo, así como la adaptación de la tecnología a intercambiadores de frío no están suficientemente desarrollados. No se ofrecen datos del consumo específico de este proceso porque sólo existen experimentos de pequeña escala no extrapolables a la realidad, sobre todo en los años 50 y 60. Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -5-

6 MEMBRANAS 2.6. Ósmosis Inversa Dependiendo del tamaño de la planta y de las características físicas y biológicas del agua a desalinizar, la instalación de una planta de Osmosis Inversa será simple o más o menos compleja, ya que de ello dependerá los equipos auxiliares de tratamiento que se necesitan. La figura 6 muestra el esquema simplificado de una planta de Osmosis Inversa convencional. Los elementos principales que integran una planta convencional de Osmosis Inversa son: las bombas de toma de agua, el pretratamiento (inyección de ácido), los filtros, los grupos motobombas de alta presión con turbina de recuperación, el tanque de retrolavado, y el tratamiento químico final. La misión de las bombas de toma de agua es suministrar el agua salobre a desalinizar, bien a partir del mar o de pozos subterráneos salobres. El pretratamiento del agua del mar sirve para garantizar las condiciones óptimas del agua de alimentación a los módulos de Osmosis Inversa, tanto desde el punto de vista de las propiedades físicas como químicas. En una planta de osmosis inversa es fundamental y básico un pretratamiento apropiado del agua bruta para conseguir una operación satisfactoria de la instalación. Figura 6.- Esquema típico de una Planta de Osmosis Inversa Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -6-

7 El pretratamiento consta de varias etapas, con las que se persigue eliminar la existencia de actividad biológica y materias coloidales orgánicas e inorgánicas en el agua, ya que estas bajarían considerablemente el buen comportamiento de los módulos de osmosis inversa. El pretratamiento incluye una acidificación del agua para evitar la precipitación del carbonato cálcico sobre los módulos. También se suele realizar una decoloración del agua con el fin de ajustar la cantidad de cloro residual existente. A continuación del pretratamiento, se realiza una filtración para eliminar las partículas en suspensión que pudieran existir en el agua y que disminuirían el rendimiento de las membranas de osmosis inversa. Una vez pretratada y filtrada, el agua pasa a las motobombas de alta presión que la inyectan en los módulos de osmosis inversa a la presión necesaria para hacerla pasar por los mismos. No toda el agua inyectada en los módulos de osmosis pasa a través de ellos y es desalinizada, una parte es rechazada en forma de salmuera (agua de una alta salinidad). Antes de ser devuelto al mar, el rechazo de salmuera suele hacerse pasar por una turbina de recuperación para aprovechar su energía mecánica. El eje de esta turbina va acoplado directamente al eje de la motobomba. Por último, al agua producida se le realiza un postratamiento que tiene por objetivo garantizar unas condiciones adecuadas de potabilidad y prevenir el crecimiento de microorganismos. Este tratamiento suele hacerse mediante la dosificación de una determinada cantidad de hidróxido cálcico o sódico e hipoclorito sódico. El consumo energético en una planta de Osmosis Inversa es netamente eléctrico, correspondiendo principalmente a la energía eléctrica consumida por las motobombas de alta presión. Los equipos auxiliares suponen un consumo eléctrico adicional pequeño Electrodiálisis. La Electrodialisis es otro de los procesos que, como la Osmosis Inversa, desalinizan el agua del mar y las aguas salobres sin que se produzca un cambio de fase. Este tipo de plantas se basan en el hecho de que muchos minerales disueltos en agua se disocian en partículas cargadas eléctricamente que se llaman iones. El proceso consiste en hacer pasar una corriente eléctrica por el agua salada contenida en una cuba, lo cual tiene por efecto dividir las moléculas de las sales en iones positivos que son atraídos por un cátodo y en iones negativos que se dirigen hacia un ánodo. Prácticamente se divide la cuba en tres, por dos membranas verticales, una de las cuales es permeable a los iones negativos y la otra a los positivos, el agua del compartimento central quedará desalada. Aunque el proceso de la electrodiálisis es conocido desde comienzos del presente siglo, las membranas primitivas solo eran parcialmente selectivas. Fue a partir de cuando la fabricación de nuevas membranas permitió la implantación comercial de este tipo de plantas para desalinizar aguas de baja salinidad. Al igual que las plantas de Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -7-

8 Osmosis Inversa, las plantas de Electrodialisis requieren un cuidadoso pretratamiento del agua de entrada, a fin de no dañar irreversiblemente las membranas. Figura 7 : Esquema de la electrodiálisis. Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -8-

9 ENLACE QUÍMICO 2.8. Intercambio iónico Las resinas de intercambio iónico son sustancias insolubles, que cuentan con la propiedad de que intercambian iones con la sal disuelta si se ponen en contacto. Hay dos tipos de resinas: aniónicas que sustituyen aniones del agua por iones OH- (permutación básica), y resinas catiónicas que sustituyen cationes por iones H+ (permutación ácida). La desmineralización por intercambio iónico proporciona agua de gran calidad si la concentración de sal es menor de 1 gr/l. Por lo tanto se utiliza para acondicionar agua para calderas a partir de vapores recogidos o acuíferos, o en procesos industriales con tratamiento de afino. Las resinas normalmente necesitan regeneración con agentes químicos para sustituir los iones originales y los fijados en la resina, y terminan por agotarse. Su cambio implica un coste difícilmente asumible para aguas de mar y aguas salobres. Desalación de aguas para hacerlas aptas para el consumo humano -9-