23 mayo 2017

Desalinización del agua (I)

Desalinización del agua, conocido además como desalación del agua es un proceso físico-químico utilizado para eliminar los minerales del agua, y hacerla  apta para el consumo humano y el riego.

¿Por qué el agua disuelve las sales minerales?

Porque es un disolvente polar.

Polar no significa aquí que proceda del polo. La palabra viene del concepto de "polaridad"

¿Qué es la polaridad?

La molécula de agua está formada por dos tipos de átomos: hidrógeno y oxigeno. La geometría da por lógica una estructura lineal de la molécula H--O--H

Pero, afortunadamente, no es así. Si la molécula de agua fuera lineal, el ser humano no existiría; ni ningún ser vivo dependiente del agua,.

La molécula del agua es angular:



 El motivo de la aparición de ese ángulo de más de 104 grados es debido a la presencia de un par de electrones del oxigeno que "reclaman" su espacio. Este par de electrones repelen a los electrones del enlace oxígeno-hidrógeno y provocan la desaparición de la estructura lineal.

A su vez existe una propiedad relacionada con la "avidez" electrónica. El oxígeno es un elemento químico electronegativo, el hidrógeno electropositivo. Esto significa que el oxígeno va a tirar hacia sí mismo de los electrones del enlace O-H creando una asimetría de carga. El centro de a carga negativa se desplaza hacia el oxigeno y el de la positiva hacia el hidrógeno, creando lo que se llama un dipolo.

Sobre el oxígeno aparece una carga parcial negativa (δ-)  y positiva (δ+) sobre el hidrógeno. Con el valor de estas cargas parciales y la distancia entre ellas, se calcula el llamado momento dipolar de la molécula. La molécula se comporta como si de un pequeño imán se tratara.

La sal, cloruro sódico, NaCl, se disuelve en agua ya que su molécula se disocia (rompe) en catión sodio, Na+ y anión cloruro  Cl

Teniendo en cuenta que cargas de diferente signo se atraen, la molécula de agua se orienta y rodea a ambos iones mediante la reaccion de solvatación. En este caso, al tratarse de agua, recibe el nombre de hidratación. Los iones hidratados se apartan del cristal de sal y se dispersan en el seno del disolvente formando la clásica disolución. En la reacción de solvatación, se desprende una cierta energía que habrá que suministrar en el momento que pretendamos desalinizar el agua.

Es sabido que agua salada no es apta para el consumo humano ni para el riego. Por éste motivo, debe desalinizarse. 

¿Qué agua se emplea en la desalinización? 

 • Agua de mar.
 • Aguas continentales con exceso de algunos iones.
 • Aguas salobres.
 • Aguas procedentes de EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales), ubanas o industriales.



Técnicas de eliminación de sal

Las más utilizadas, en todo el mundo, son:
  - Ósmosis inversa
  - Destilación (destilación)

Agua de mar.  

La composición del agua del mar varía según su origen o según las características marinas, siendo de mayor concentración de sales en lugares cálidos con poca renovación como en el Mediterráneo, y menor en lugares semicerrados con abundantes aportes continentales como el mar Báltico.

Sin embargo el agua no sólo lleva sal. Viene acompañado de contaminantes como:

• Hidrocarburos.
• Materia  orgánica,  sustancias  tensioactivas  (detergentes),  elementos  nutrientes y microorganismos aportados por las aguas residuales urbanas y ganaderas.
• Metales pesados.

• Compuestos organohalogenados.
• Sustancias sólidas.

Por tratarse de casos muy específicos, no se considera la contaminación radioactiva por vertido de radioisótopos, ni la contaminación térmica.


Las principales vías de entrada de la contaminación a la plataforma continental son los aportes fluviales y los emisarios submarinos, pero no debe desdeñarse la vía atmosférica y la procedente de la navegación, especialmente en la contaminación de aguas profundas. Y también la derivada de la presión turística en las ciudades de las costas.

 
Las captaciones de agua salada para las plantas desaladoras están en la franja litoral o costera que con diferencia, es la que soporta la mayor parte de la contaminación marina y contiene la mayor riqueza biológica.


La contaminación de las aguas marinas puede incidir de manera muy importante en las diversas fases del proceso de desalación, de modo que al elegir un emplazamiento para la captación del agua de mar, es fundamental conocer previamente su calidad y los riesgos de contaminación presentes en la zona.




Esquema de planta desalinizadora





 


Aguas continentales con exceso de algunos iones


En las aguas continentales es posible encontrar diversos grados de salinidad y una composición química aún más variable que en el agua de mar. Por ejemplo, en algunas regiones, existen aguas cuya salinidad global es inferior a 1 g/L, pero que presentan una alta concentración de algunos iones como nitratos, sulfatos, calcio o magnesio, o algunos contaminantes; lo que impide que puedan ser transformadas en agua apta para consumo humano por medio de tratamientos convencionales. En estos casos, la aplicación de la tecnología de desalación permite aprovechar estos recursos hídricos para el abastecimiento humano. Frecuentemente se trata de aguas de origen subterráneo, aunque también pueden ser superficiales.


 
Aguas salobres.


Se considera que el agua es salobre cuando su concentración de sales disueltas se encuentra en el intervalo de 1 a 10 g/L. Aunque el agua salobre puede ser de origen superficial, generalmente procede de acuíferos costeros en contacto directo con el mar. Los acuíferos de aguas salobres de origen fósil completamente aislados del mar, son también potencialmente útiles en la desalación.


Por definición, las aguas salobres de procedencia subterránea tienen una elevada carga de sales minerales. Adicionalmente, pueden contener otros elementos capaces de ensuciar y atascar las membranas; como sucede con los coloides, el hierro, el manganeso, los compuestos orgánicos volátiles (COVs), bacterias anaerobias del tipo Clostridium spp., etc.


Cuando las aguas son de procedencia superficial, pueden presentar mayor cantidad de sólidos en suspensión, materia orgánica de origen natural, algas, color, flora bacteriana muy variada, etc. Generalmente su composición química es más variable a lo largo del tiempo, lo que representa una dificultad añadida en los procesos de desalación.

Aguas residuales depuradas
 


Hoy por hoy, las aguas residuales depuradas no se contemplan como fuente directa para producir agua potable; pero sí pueden ser regeneradas para otros usos. Sin embargo, la elevada salinidad que en ocasiones presentan, las hace inadecuadas para su reutilización como aguas de riego o para recarga de acuíferos. En estas circunstancias, la aplicación de la desalación constituye un posible tratamiento terciario que facilita su regeneración y su reutilización. 

Procesos de desalinización: Los veremos en siguientes posts. 


 

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