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Desalinizacion De Agua De Mar

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TRATAMIENTO DE AGUAS DESALINIZACIÓN 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 TRATAMIENTO DE AGUAS 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 sector agrario y 3.535,70 al abastecimiento urbano. Como puede observarse la mayor cifra corresponde al sector agrícola convirtiéndose en uno de los principales demandantes de agua. Datos del Instituto Nacional de Estadística (http://www.ine.es/) 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. La tecnología más extendida actualmente es la ósmosis inversa. 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. Desde los tiempos prehistóricos, los problemas suscitados por la cantidad y la calidad del agua fueron de solución imprescindible para la existencia de las agrupaciones humanas. Cuando el agua escaseaba, sobrevenía el éxodo de los pueblos, el abandono de t errenos 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. Sin embargo, en la Tierra estamos rodeados de agua salada. Si fuera posible quitar las sales del agua del océano mediante un proceso barato, podrían resolverse algunos de los problemas más urgentes de la humanidad. 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. La conversión del agua de mar en agua dulce no es una idea nueva. La destilación, el método básico para hacerlo, se practica desde hace 2 000 años, particularmente por los marinos. El hombre primitivo hizo otro tanto, pero si procedía a la evaporación del agua era para obtener sal. TRATAMIENTO DE AGUAS Hoy en día, tanto desde el punto de vista geográfico como económico, sólo en situaciones especiales se ha justificado la instalación de grandes plantas para desalar el agua de mar. El mejor ejemplo lo constituyen los países petroleros del Golfo Pérsico, donde hasta hace 35 años se tenía que importar agua dulce por barco a un costo exorbitante. A partir de entonces se han ido construyendo grandes destilerías de agua alimentadas por gas natural y petróleo. Los principales procedimientos para desalar el agua de mar son · Destilación · Procesos a través de membranas · Congelación 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, 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. TRATAMIENTO DE AGUAS  TÉCNICAS DE DESALINIZACIÓN: CONSUMO AGUA PRODCUTO/PERMEADO AGUA DE MAR AGUA BRUTA O DE ALIMENTACIÓN AGUA SALOBRE (NO MARINA O CONTINENTAL SUPERFICIAL. SUBTERRÁNEA AGUA RESIDUAL DEPURADA A.R. TÉCNICA DE DESALINIZACIÓN AGUA CONCENTRADA/ DESECHO/ RECHAZO/SALMUERA    UTIL REPITIENDO PROCESO VERTIDO TRATAMIENTO DE AGUAS  DESTILACIÓN: El procedimiento más simple y barato para destilar agua de mar consiste en el invernadero destilador. El agua salada se calienta en el interior de un invernadero por la acción de los rayos solares. El vapor que se forma se condensa sobre los cristales, y las gotas de agua se recogen en un canal. Un destilador de este tipo funcionó, durante 40 años, en las salinas de Chile a finales del siglo pasado, donde suministraba 20 m³ por día de agua dulce. Sin embargo, las posibilidades de este sencillo procedimiento son limitadas, ya que la producción no puede sobrepasar los 4 o 5 litros por día y por m² de superficie de agua. Para destilaciones a gran escala se emplea el método de evaporación súbita. Agua de mar bajo presión se calienta a 100° C y se introduce en una cámara que se encuentra a una presión menor. El resultado es una evaporación instantánea por descompresión, llamada destilación súbita. El vapor se condensa en tubos por los que fluye agua de mar fría, calentándola. El agua dulce se separa, mientras que el agua salada no evaporada pasa a otra cámara que tiene una presión menor que la primera. La vaporización instantánea ocurre otra vez, la temperatura del agua salada disminuye, mientras que la del agua de mar que corre por los tubos, para condensar el vapor, aumenta. En este procedimiento el intercambio de calor es muy eficiente. Cuando agua de mar a 20° C es calentada a 100° C, evaporada en varias cámaras y eventualmente descargada a 30° C otra vez al mar, las pérdidas de calor son escasas. TRATAMIENTO DE AGUAS 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). La primera instalación para electrodiálisis data de 1960. El proceso consiste, como se muestra en la figura 4 de dos electrodos con cargas diferentes, separados por una serie de cámaras en las cuales se encuentran membranas aniónicas (es decir, son permeables únicamente a los aniones; por ejemplo, Cl -, S04-2, etc.). Cuando no hay paso de corriente mediante los electrodos, cada compartimiento está lleno de agua salada. Al aplicarse la corriente eléctrica, los iones migran hacia el electrodo de polaridad opuesta, pasando por la membrana catiónica. El Na+, el Ca+2 y el Mg+2 se mueven hacia el electrodo negativo y se detienen al llegar a la membrana aniónica; lo mismo sucede con los aniones: migran a través de la membrana aniónica y son detenidos por la catiónica. Después de cierto tiempo se tienen compartimientos alternadamente llenos de salmuera y de agua dulce. Este proceso se emplea en Japón, la Unión Soviética, Israel, Estados Unidos y Holanda, entre otros países. El segundo procedimiento con membrana, la ósmosis inversa, se ha desarrollado más recientemente. La ósmosis consiste en el transporte espontáneo de un TRATAMIENTO DE AGUAS disolvente de una solución diluida a otra más concentrada, a través de una membrana semipermeable. Cuando se encuentran agua dulce y de mar en lados opuestos de una membrana que es permeable únicamente al agua, se observa un flujo de agua dulce al agua salada. Para que este fenómeno no se presente, es decir, para que no haya transferencia del disolvente que diluya la solución salada, se requiere aplicar una presión llamada presión osmótica. El proceso de ósmosis inversa consiste en aplicar sobre la solución concentrada en sales (agua de mar) una presión mayor que la osmótica. El agua pasa por medio de la membrana en dirección contraria, aumentando el volumen total del agua dulce. 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; de allí que las unidades de ósmosis exijan un pre tratamiento importante, particularmente filtración sobre arena o tierra de diatomeas. TRATAMIENTO DE AGUAS  CONGELACIÓN: El proceso de congelación es un fenómeno natural que se contempla con mucha facilidad en nuestro Planeta, alrededor del 70% del agua dulce está contenida en los polos terrestres. La congelación del agua salobre (-1.9 a -3 ºC) suministra cristales de hielo puro que se separan de la solución, mientras que el agua en forma líquida se concentra en sales. 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, pero la utilización de hielo de los polos para el consumo humano es muy poco conveniente para la conservación del equilibrio térmico del Planeta. Enfriando agua salada para formar cristales de hielo bajo condiciones controladas puede llegar a desalinizar agua. 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. Aunque pueda parecer un proceso muy sencillo tiene problemas de adaptación para su implantación a escala industrial, 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, así como adaptar la tecnología a intercambiadores de frío. No se ofrecen datos del consumo específico de este proceso porque sólo existen experimentos de pequeña escala no extrapolables a la realidad. En teoría, el congelamiento tiene algunas ventajas sobre la destilación, que era la opción para desalinizar predominante en el tiempo en que se desarrollo la tecnología de congelación. Estas ventajas incluyen un menor requerimiento energético para un proceso de una sola etapa (el calor de evaporación del agua es 40,79 kJ/mol, mientras que el calor de fusión es de sólo 6,01 kJ/mol), un menor potencial de corrosión, y pocos problemas de escalamiento y de precipitación. Una desventaja es que el proceso involucra la manipulación de mezclas de agua y hielo que son mecánicamente complejas de manejar y procesar, es decir, 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. Existen dos procedimientos de congelación directa: 1.- Por expansión del agua (congelación en vacío): El agua de mar se congela parcialmente a una presión absoluta de 3 mm de mercurio, a -4 ºC. A esta presión se produce una evaporación, acompañada del enfriamiento correspondiente, que es el que provoca la congelación. TRATAMIENTO DE AGUAS Para mantener el vacío necesario es preciso aspirar de continuo el vapor de agua formado, pudiendo ser realizada esta operación bien por un compresor mecánico, o por absorción en una solución higroscópica (que absorbe agua). En la práctica, los problemas de compresión del gran volumen de vapor producido a baja presión son considerables. 2.- 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. El butano por ejemplo, satisface estas condiciones. El agua de mar se congela parcialmente por la expansión del butano. Este procedimiento evita los problemas de compresión inherentes a la congelación en vacío.  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 . 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. . Obra civil Equipos Presupuesto Agua de mar Agua salobre 20 por cien 10 por cien 80 por cien 90 por cien Amortizaciones Obras civil Equipos . 30 años 15 años ptas/m3 Agua salobre 20 años 10 años ptas/m3 4 por cien 20,1 a 38,2 2,3 a 4,2 5 por cien 6 por cien 21,7 a 41,2 23,3 a 44,3 2,4 a 4,4 2,5 a 4,6 7 por cien 25 a 47,5 2,7 a 4,9 Agua de mar Costes de operación Hay que considerar dos aspectos: 1. Consumo energético 2. Tarifa Estos dos aspectos son considerados en la tabla siguiente: 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 0,2260 0,2 0,3390 0,2 0,4521 0,2 0,5651 0,2 0,6781 0,2 0,7911 0,2 . Kwh/m3 0,2571 0,2571 0,2571 0,2571 0,2571 0,2571 0,4 Precio Coste R.O Total del total kwh Kwh/m3 Kwh/m3 ptas Kwh/m3 1,1000 1,7832 11 19,62 1,1000 1,8962 11 20,85 1,1000 2,0092 11 22,10 1,1000 2,1222 11 23,34 1,1000 2,3352 11 25,69 1,1000 2,3482 11 25,83 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 de forma 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 de forma 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.  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. TRATAMIENTO DE AGUAS 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 TRATAMIENTO DE AGUAS  Recomendaciones: Localización en zonas donde el impacto sobre las comunidades bentónicas sea mínimo (preferentemente verter en fondos sin vegetación).       Evitar bahías cerradas y sistemas con importante valor ecológico (e.g. 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, de 20 de julio, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Aguas. Real Decreto 1327/1995, de 28 de julio, sobre las instalaciones de desalación de agua marina o salobre. Ley 54/1997, de 27 noviembre, del Sector Eléctrico. (Vigente hasta el 1 de enero de 2002). Ley 12/1990, de 26 de Julio, de Aguas (BOCA nº 94, de 27.07.90)M.A.: 1990/1927. Corrección de errores de la Ley 12/1990, de 26 de julio de aguas. 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 deseable para el agua potable. 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. El apartado específico por aguas ablandadas o desaladas se fija en tres parámetros:   pH: debe estar equilibrado para que el agua no sea agresiva. Alcalinidad: debe tener al menos 30 mg/l de HCO3 - . TRATAMIENTO DE AGUAS  Dureza: debe tener al menor 60 mg/l de Ca ++ , que implica un acondicionamiento químico del agua producto desalada. 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:    Microbiológicos Químicos Indicadores (valores guía) 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).