DESALINIZACIÓN DE AGUA DEL MAR: OSMOSIS INVERSA

Agua, sustancia que aunque la definen como: incolora, inolora e insipida [1] es la

que mantiene con vida nuestro planeta.

La superficie de la Tierra cuenta con cerca de un 70 % del recurso, a pesar de esto se

calcula que hay cerca de 1100 millones de personas con escasez hídrica, y una mayor

cantidad de personas con aguas sin servicios de sanidad (2600 millones), ambos

problemas provocan una gran cantidad de muertes a nivel mundial y están

completamente ligados[2], es por esto que en países desarrollados el agua, junto con la

sanidad de esta, son tomados como un servicio universal evitando enfermedades y

muertes fácilmente prevenibles, ahora el problema en cuanto al servicio de agua radica

principalmente a que del total del agua que se encuentra en la Tierra, un porcentaje

cercano al 97% es agua de mar y solamente es potable un 0,5% [3] , considerando que

hay agua dulce que no se puede consumir, como los hielos permanentes o aguas

subterráneas, debido a esto y también al aumento de la contaminación, cada vez se va

haciendo más dificultoso purificar nuestro preciado compuesto, la solución radica en la

ingeniería, parte fundamental para poder sustentar de este recurso y tratar de hacerlo de

manera rentable desalinizando el agua de mar, pero ¿Qué es desalinizar o desalar? La

RAE lo define como quitar la sal del agua del mar o de las aguas salobres, para hacerlas

potables o útiles para otros fines, en cambio desalar es un concepto más amplio,

incorporando en el la desalinización [1]. Definición que es válida en lo que se refiere el

presente ensayo, pero esto no nos da un indicio de como es el proceso de desalinización,

por lo cual se presentan algunas maneras de desalar a las que se puede recurrir en

tiempos de escasez.

Tipo de desalinización de Agua y viabilidad de estas:

Muchas son las zonas con condiciones desfavorables en calidad y/o cantidad de

agua donde la solución para la obtención del recurso hídrico es por alguno de los

procesos de desalación, con el fin de hacerlos más viables económicamente se ha

investigado mucho de ellos.

Algunos de los procesos de desalinización son:

Congelación, siendo una de los primeros procesos descartados desde hace décadas,

debido al gasto económico que conlleva, otro es el de destilación que se puede aplicar en

tres tipos: evaporación multiefecto, evaporación multietapa y compresión mecánica de

vapor y uno de los más investigados en este tiempo es el de osmosis inversa. En cuanto a

la viabilidad de este último se puede corroborar en la tabla 1.

Proceso de desalación Tipo de

Proceso

ENERGIA NECESARIA

Kcal/m3 kW/m3

Evaporación. multiefecto destilación 55556 6,25

Evaporación multietapa destilación 55556 1,64

Compresión Mecánica de

vapor

destilación

~

8,66

Osmosis inversa membrana ~ 3,5

Tabla 1.Energía necesaria consumida por proceso de

desalinización (extraída de [4]).

De la Tabla 1 se concluye que los procesos de evaporación necesitan mayor cantidad de

energía, primero para evaporar el agua del mar sumado a la energía que utilizan las

bombas en el traslado del fluido, en cambio los de compresión y osmosis solo utiliza la

energía en el funcionamiento de bombas, además no se requiere de un cambio de fase

para su realización haciéndola económicamente más conveniente[5] a esta última, es por

esto que el desarrollo de esta técnica en los últimos años ha visto un avance significativo

en su tecnología y cada año el valor por desalar va disminuyendo.

Actualmente son cerca de 150 los países que desalinizan agua de mar [6] para

‘‘saciar su sed’’.

En el caso de Chile se han agregado plantas desalinizadoras para la utilización del

recurso con fines industriales, agrícolas y el consumo humano, la mayor cantidad de estas

plantas se ubican en zonas desérticas con industrias mineras, mostrando gran interés en

introducirse en este tema. Minera ‘‘La Escondida’’ a inicios del 2015 invirtió cerca de

US$3500 millones para su planta desaladora que le suministrará por el proceso de

osmosis inversa cerca de 3200 l/s cuando comience su funcionamiento en 2017 [7], esto

nos causa una sensación de que el recurso hídrico es imprescindible a nivel local y

mundial en todos los ámbitos, económicamente nos afectaría de manera principal en la

producción de cobre en años venideros, ya que se prevé que en 2025 aumentaría en un

66% su consumo, dejando en suspenso a la población, autoridades y productores la

escasez de lluvia, por esto también COCHILCO (Comisión Chilena del Cobre) tiene una

meta para dicho año, ‘‘el agua de mar representaría un 36 % de la oferta, lo que hoy es

solo un 9 %’’ como indica [8].Esta necesidad se puede deducir que venía afectando no

solo en tiempos recientes, debido a patentes en chile incluso del año 1999, un sistema de

múltiples filtros de primera y segunda etapa junto con la utilización de osmosis inversa

con el fin de potabilizar el agua o utilizarla en industrias[9], si investigamos más sobre si

hay patentes en chile sobre este tema no se encuentran muchas, pero no podemos

descartar que en nuevos tiempos chile siga investigando e inventando artefactos que

ayuden en esto porque es una de las mayores necesidades en un futuro próximo y por la

fuerza que toma cada vez más este proceso podemos decir que la osmosis inversa ‘‘es

una mina que debemos explotar’’, pero ¿cómo podríamos explicar la osmosis inversa?

Primero: La osmosis por definición es un proceso biológico que se produce principalmente

en las células de los seres vivos, donde hay una diferencia de concentración entre dos

soluciones que se encuentran en contacto por una membrana semipermeable, siendo

esta una región con la función de actuar como barrera selectiva que retiene ciertos

componentes y da el paso a otros [10] con una tendencia a igualar las concentraciones

transportando el solvente por causa de una presión, conocida como la presión osmótica,

desde la solución más diluida a la más concentrada, este transporte se detiene cuando

hay un cierto desnivel entre las soluciones que sería equivalente a la presión osmótica,

ahora si se le agrega una presión suficiente para vencer esta presión por el lado de la

membrana donde está la solución más concentrada se revertiría el proceso siendo esto lo

conocido como osmosis inversa. Para llevar a

cabo esto a mayores escalas se debe

disponer de:

Membranas que soporten presiones altas

otorgadas por las bombas, mayores a la

presión osmótica, en el caso del agua del

mar la presión osmótica en promedio es de

cerca de 30 atm [5], si observamos el gráfico

1 cuando la presión otorgada por las

bombas es igual a la presión osmótica el

flujo de agua desalinizada, junto con el

rechazo de sales y/o partículas llegará a cero, a medida que se aumente esta diferencia

hay un aumento considerable de agua desalinizada.

Otra dificultad aparte de la presión es el PH, causando que la composición química de la

Grafico 1. Relación entre la presión y el flujo de agua

purificada o sales rechazadas (extraído de [11])

membrana cambie y con ello su potencial hidrofílico, este problema con los años se ha ido

superando, en un principio las membranas eran inestables a cambios de PH, ahora las

construidas con materiales poliméricos abarcan un rango más amplio de este [11].

Un concepto erróneo que se tiene es la confusión entre filtración y osmosis inversa, la

filtración deja pasar todo el caudal que ingresa, solo retiene partículas de un determinado

tamaño, en cambio la osmosis inversa no deja pasar el total del caudal, debido

principalmente a que a medida que se extrae solvente (agua) la solución se hace más

concentrada aumentando la presión osmótica ya que tiene relación con la concentración,

por lo tanto habría que agregarle mayor presión para seguir extrayendo[10], una parte es

rechazada, no traspasa la membrana y no produce acumulación de impurezas en esta, ya

que el material rechazado es arrastrado para expulsarlo. Otra diferencia clara entre

ambos procesos es el tamaño de las partículas que pueden permitirle el paso, en la

osmosis son mucho menores a algunos tipos de filtración, donde su rango óptimo para el

tamaño de permisividad está en el ‘‘rango iónico’’ (medidas del orden de magnitud de 1 a

10 Å) [10].

PROCESO DE DESALINIZACIÓN

El proceso tiene algunos pasos previos antes de la osmosis inversa para conseguir

el agua deseada y con mayor cuidado si esta será para el consumo humano. En primer

lugar está la captación del agua salobre , tomando una gran distancia de la costa para

evitar contaminantes antropogénicos, se hace llegar con una bomba el fluido a una zona

de pretratamiento, donde se le agregan coagulantes para una posterior decantación, en

seguida se desinfecta de carga biológica, generalmente con el método de cloración

debido a su bajo costo y efectividad, para llegar a un proceso de varias etapas de filtrado,

pasando esta etapa el agua debe ser declorada, bajándole el PH (acidificando) para que

llegue en condiciones óptimas a las membranas y evitar posibles daños, pasando al

proceso de osmosis inversa donde el agua pasa por una bomba de alta presión para

vencer la barrera de presión osmótica y poder purificar el agua, de esto se obtiene cerca

de un 45 % del agua captada en un inicio. Purificada se le agrega una base que estabilice

su PH cercano a 7 y posterior a eso el agua queda lista para su consumo, se le pueden

agregar algunos minerales según estime conveniente y dependiendo de como se regule

en cada país las normas sanitarias. El resto, la salmuera con mayor concentración, es

enviada nuevamente al mar con ayuda de la gravedad, como lo dice [6], se han visto

plantas que aprovechan la energía potencial al devolver la salmuera al mar para generar

su propia energía eléctrica supliendo en parte su gasto.

No cabe duda de que la osmosis inversa es una gran idea y en un tiempo más será

de gran ayuda para seguir progresando, pero ojalá este tipo de progreso se detenga y se

inicie otro periodo en donde se aprenda a cuidar los recursos naturales, a respetar zonas

prístinas, a no contaminar nuestra vida, nuestra agua, la investigación es necesaria, pero

el fin con que es utilizada muchas veces se va de las manos de sus investigadores y son

utilizadas por gente que no está interesada en hacerlo de manera sustentable, se

necesitan más proyectos de desalación como el de Isla Damas en Chile zona turística

protegida para la conservación de flora y fauna nativa, en la que el agua de lluvias no

alcanzaba para mantener su población [6] o como en isla de pascua en el que utilizan el

agua desalada para tener un sustento de la agricultura, proyectos en donde su

comunidad se ve beneficiada y hay una idea clara de como se puede llegar a progresar

de una manera ambientalmente amigable.

REFERENCIAS

[1] http://www.rae.es [2] Montgomery, M.A.,Elimeh,M. (2007). Water and sanitation in developing countries: including health in the equation. Environ. Sci. Technol, 41, 17-24. [3] Shannon M. A., Bohn P. W., Menachem E., Georgiadis J. G., Mariñas B. J. y Mayes A. M. (2008). Science and technology for water purification in the coming decades. NATURE, 452, 301-310. [4] Montes, S. O.,Pujol, R. (2009). Desalación de aguas mediante ósmosis inversa.Cataluña: Universidad politécnica de Cataluña P. 13. [5] Chang R. (2007). Química. Novena edición. P.531 New york: McGraw-Hill. [6] Documento técnico N° 33. Programa hidrológico internacional de la Unesco para América latina y el caribe. http://unesdoc.unesco.org/images/0023/002309/230987S.pdf [7] Eugenio Sugg, ’’Un 31% de avance presentan obras de la nueva desaladora de Escondida’’. El Mercurio de Antofagasta,marzo 12, 2015, Pg.5. [8] ‘’Las vetas hídricas’’. (2015). InduAmbiente.Edicion 133. P 12-14 [9]William Graham, Filtro que comprende una carcasa, con un filtro de primera etapa dentro de la carcasa para sacar material solido del agua que entra a la carcasa y un filtro de segunda etapa dentro de la carcasa hacia el cual el agua fluye desde el filtro de primera etapa, en que el filtro de segunda etapa incluye membranas de osmosis inversa, 1999, ID: 1697,Chile. [10] Hernández, A. Tejerina,F. Arribas, J.I. Martinez,L. Martinez,F. (1990). Microfiltración, ultrafiltración y ósmosis inversa .Volumen 4. P.11-17. Murcia: Universidad de Murcia, secretariado de publicaciones. [11] Kim, Sung Jae; Ko, Sung Hee; Kang, Kwan Hyoung; et ál..(2010). Direct seawater desalination by ion concentration polarization.NATURE NANOTECHNOLOGY.Volumen 5. 297-301.