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jueves, 23 de enero de 2014

DESALINIZACIÓN DE AGUA DE MAR MEDIANTE ÓSMOSIS INVERSA

El agua de mar cruda (sin tratar) contiene numerosas sales que se indican en la Fig.1.

Fig. 1 – Sales disueltas en el agua de mar cruda,
antes de ser tratada

En la Fig.2 se ha representado el esquema de potabilización del agua de mar mediante Ósmosis inversa. El tratamiento incluye una cantidad de procesos complementarios a la ósmosis inversa propiamente dicha.

Fig.2 - Esquema de una planta de desalinización de agua de mar por ósmosis inversa

El agua de mar es bombeada hasta el Depósito de agua de mar, donde se le realizan varios tratamientos previos al de la ósmosis inversa:
Acidificación: es necesaria para reducir el pH* y así no causar incrustaciones en las membranas de ósmosis inversa ni en otras partes de la instalación, para lo cual se incorpora una disolución de ácido sulfúrico.

* El pH del agua debe oscilar entre 6,5 y 8,5 para ser potable. . Si el pH es menor de 7 es ácido; si es 7 es neutro;  si es mayor de 7 es básico.

Desinfección: para que en la instalación no proliferen microorganismos nocivos, se añade hipoclorito de sodio (NaClO) que actúa como desinfectante.
Coagulación y Floculación: antes de que el agua de mar pase a través de los filtros de arena se le introduce sulfato de aluminio Al2(SO4)3, que forma flóculos, que al ser de mayor tamaño que las partículas originales, son más fáciles de filtrar por los filtros de arena.
Antiincrustación: las sustancias anti incrustantes como el hexametafosfato de sodio (HMP)   evitan que se formen incrustaciones que puedan afectar a la instalación.
Decloración: al cloro residual resultante de la etapa de desinfección hace falta eliminarlo, porque de lo contrario existe riesgo de que las membranas de ósmosis inversa se oxiden. Por eso, se agrega bisulfito de sodio (NaHSO3).
Filtros: Los filtros de arena impiden el paso de partículas de un tamaño del órden de las décimas de milímetro y los de cartucho partículas mucho más chicas, del órden de los micrómetros.
Proceso de ósmosis inversa: Una vez que el agua ha pasado por las etapas de pretratamiento químico y físico, se almacena en un depósito de capacidad suficiente como para abastecer de forma continuada una bomba de alta presión que proveerá la presión necesaria (~60Kg/cm2) para el proceso de ósmosis inversa, de donde se obtendrá el agua filtrada por ósmosis inversa por un lado y las sales residuales por el otro a alta presión.
Recuperación de energía: las sales residuales del proceso de ósmosis inversa tienen una elevada presión. Se han ideado mecanismos para aprovechar esa presión, transmitiéndola aguas arriba, para que alivie la tarea de la bomba de alta presión. Una de las formas se logra haciendo que el chorro de sales residuales a alta presión incida sobre los álabes de una turbina Pelton y luego se acoplan mecánicamente los ejes de la turbina y de la bomba de alta presión. Otra forma es mediante los intercambiadores de presión, que son dispositivos que transfieren directamente la alta presión de la salmuera de rechazo al agua de mar sin convertirla previamente en energía mecánica de rotación. Funcionan con mecanismos basados en conjunto cilindro-pistón.
Esta acción es muy importante, porque la reducción del consumo de energía eléctrica (que es muy alto) que se puede lograr es del órden del 20%.
Aireación: el permeado(agua separada de las sales) que sale de los módulos de ósmosis inversa tiene un contenido en dióxido de carbono disuelto muy elevado, a causa de que la disolución del CO2 de la atmósfera en el agua aumenta con la presión. Esto hace que se formen incrustaciones en las tuberías de transporte del agua y que el pH del fluido se reduzca. Para evitar estos contratiempos, se hace pasar el agua a través de una torre de aireación en la que se pone en contacto a contracorriente el fluido con el aire; de este modo, el agua se enriquece en oxígeno y se empobrece en CO2
Alcalinización: El agua que sale de la torre de aireación tiene un pH de 4,84 que hace falta aumentar hasta valores próximos a 7,2 para que sea apta para el consumo humano.La sustancia alcalinizante que se utliza es una disolución de NaOH.
Desinfección: durante el proceso de desalinización el agua ha vuelto a aumentar la presencia de microorganismos, de manera que hace falta volver a desinfectar el agua antes de que sea consumida por los seres vivos. La sustancia utilizada es, al igual que en el pretratamiento, hipoclorito de sodio.
Pasivación: Una vez que se ha potabilizado el agua, puede suceder que durante la distribución, el fluido vuelva a contener agentes corrosivos que afecten negativamente a las tuberías. Para evitar este problema, se añadirá una sustancia inhibidora de la corrosión como puede ser el polifosfato sólido a base de fosfato de zinc.
ASPECTO ECOLÓGICO
Aunque no lo trataremos en esta nota, adelantamos que en principio se puede dividir en dos partes: 1) El destino y tratamiento previo del residuo de sales y otros productos químicos que fuimos agregando durante el proceso descripto, sobre todo de la ósmosis inversa y de los procesos de lavado de filtros y membranas. Se utilizan diversos mecanismos para atenuar los efectos perniciosos sobre el medio ambiente. 2) La generación de energía eléctrica para alimentar las bombas y demás elementos de la planta, es importante desde el punto de vista ecológico. Las causas se motivan porque la energía eléctrica necesaria para alimentar una planta de estas características es elevada y si para generarla se usan combustibles fósiles, las emisiones de CO2 constituyen una fuente de contaminación importante. Los métodos para atenuar este problema se pueden centrar en tratar de utilizar energías renovables para generar la energía eléctrica necesaria y en optimizar los métodos para recuperación de energía durante la ósmosis inversa. Respecto a que parte del proceso consume la mayor cantidad de la energía, depende de las características geográficas del lugar. Las bombas que generan la presión para la ósmosis inversa consumen mucha energía, pero si la planta se encuentra muy elevada con respecto al nivel del mar, el bombeo del agua desde el mar hasta el depósito de agua salada puede llegar a ser muy importante.


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