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Ósmosis forzada para el tratamiento de aguas salinas

Ósmosis forzadaLa ósmosis forzada (en inglés Forward Osmosis, o FO) es una tecnología emergente de membranas que presenta una serie de características ventajosas en relación a la ósmosis inversa. Aunque actualmente se presenta como una tecnología complementaria, tiene proyección suficiente para llegar a ser la opción de referencia en numerosas aplicaciones.

A nivel industrial, la ósmosis forzada se basa en el fenómeno natural en el que un solvente fluye desde una región con una baja presión osmótica, a través de una membrana semipermeable, hasta otra región con una elevada presión osmótica. Este fenómeno ocurre continuamente en la naturaleza, en las plantas, en los árboles, en las bacterias, en las células animales, etc.

La ósmosis forzada es un proceso mediante el cual se produce agua de gran calidad a partir de un efluente acuoso con mayor o menor grado de contaminación, utilizando una membrana semipermeable y una solución con una elevada presión osmótica. En el proceso se consume muy poca energía, puesto que se lleva a cabo a presiones muy bajas y a temperatura ambiental, siendo ésta una de las ventajas más destacadas.

Para la explotación del fenómeno natural en aplicaciones concretas, se pueden utilizar dos fluidos con diferentes presiones osmóticas para que, por ejemplo, agua pura de una solución de agua marina, fluya a través de la membrana para diluir una solución con una presión osmótica aún mayor. Es importante destacar que este fenómeno natural se produce a temperatura ambiente y sin la necesidad de aplicar una presión importante. La única energía necesaria externa es la que se requiere para superar la resistencia a la fricción en ambos lados de la membrana (normalmente, 2-3 bar). La solución de elevada presión osmótica se la conoce como «agente osmótico» (draw solution en inglés) y debe de ser de manipulación sencilla y segura, de preparación sencilla y de separación fácil del producto final (generalmente agua de alta calidad).

En comparación con un sistema de ósmosis inversa convencional, la ósmosis forzada presenta una larga lista de ventajas. La principal reside en el hecho de que la ósmosis forzada se lleva a cabo a presiones reducidas, con el consecuente ahorro energético que ello representa. Asimismo, las membranas de ósmosis forzada son más resistentes al ensuciamiento y toleran mejor el cloro, por lo que las limpiezas son menos necesarias y más efectivas, alargando así la vida útil de las membranas. No obstante, la ósmosis forzada no produce agua de alta calidad apta para su uso en una única etapa, puesto que después de la etapa de ósmosis forzada el agua está mezclada con el agente osmótico y se precisa de una segunda etapa para separar el agente osmótico del agua producida. En la segunda etapa, se regenera el agente osmótico a la vez que se produce el agua de alta calidad (figura 1).

Los dos procesos, el de ósmosis forzada y el de regeneración del agente osmótico, están unidos por la recirculación de la solución del agente osmótico, la cual tiene una presión osmótica superior a la del alimento. El agente osmótico concentrado permite que se produzca el flujo de agua pura desde la solución alimento. Como consecuencia, el agente osmótico se diluye con el flujo de agua pura que atraviesa la membrana. El agente osmótico diluido, posteriormente, se concentra al separarlo del agua pura en el sistema de regeneración. La combinación de la operación de los dos sistemas es un parámetro clave en el diseño del sistema para que la operación del conjunto sea sencilla, robusta y fiable.

esquema ósmosis forzada

Las ventajas más importantes de la ósmosis forzada en relación a la ósmosis inversa convencional son las siguientes:

  • Consumo energético menor, especialmente en el caso de soluciones con presiones osmóticas elevadas.
  • Baja propensión al ensuciamiento de la membrana.
  • Limpieza más fácil y efectiva de la membrana.
  • Mayor vida útil de la membrana.
  • Costes de operación más bajos.

La ósmosis forzada puede ser utilizada en una amplia variedad de aplicaciones posibles, ya que permite el tratamiento de aguas marines y salmueras, de aguas con sales minerales y metales, de efluentes con alta carga orgánica y de efluentes con sílice entre otros tipos de efluentes, siendo las más destacadas las que se relacionan a continuación:

  • Producción de agua en zonas con problemas de escasez.
  • Tratamiento de efluentes cuando la normativa obligue a la reutilización.
  • Implantación de un sistema de vertido cero.
  • Tratamiento de efluentes complejos y difíciles de tratar con tecnologías convencionales.
  • Alternativa viable cuando se requiera reducir el consumo de energía.

Así pues, la ósmosis forzada es una tecnología emergente, totalmente viable y fiable, que se presenta como una clara competidora de la ósmosis inversa convencional y de otras tecnologías de separación. A modo de resumen, la ósmosis forzada:

  • Es un proceso alternativo a la ósmosis inversa, en el que se reduce la energía y se disminuye la proporción de rechazo producido.
  • Es una tecnología que se presenta como una alternativa emergente a los procesos de evaporación térmica convencionales.
  • Permite una amplia variedad de aplicaciones diferentes.
  • Es una tecnología emergente que se seguirá desarrollando y aún se obtendrán mejores rendimientos.
  • Reduce costes de inversión y de operación en las aplicaciones de vertido cero en comparación con otras tecnologías.
  • Las próximas mejoras servirán para reducir las necesidades del pretratamiento e incrementar aún más su eficiencia.

Condorchem Envitech pone al alcance de sus clientes el diseño e implantación de sistemas óptimos de ósmosis forzada. Concretamente, dispone de tres opciones de tratamiento mediante esta tecnología, en las que el agente osmótico es una solución termolítica, capaces de satisfacer las necesidades de muy diversos clientes,. Las opciones tecnológicas son las siguientes:

OPCIÓN 1

  • Solución focalizada en la membrana.
  • Elevada recuperación de agua, incluso en el caso de efluentes que ensucian considerablemente la membrana.
  • Tratamiento para efluentes con sílice, contaminación orgánica y minerales.

OPCIÓN 2

  • Tecnología considerada el buque insignia de la ósmosis forzada.
  • Máxima recuperación de agua de alta calidad.
  • Tratamiento de salmueras de hasta 250.000 ppm de sólidos disueltos totales.

OPCIÓN 3

  • Recuperación completa del agua. Solución de vertido cero.
  • Combina tecnología MBC con cristalizadores.
  • Mejora de la eficiencia en relación a los procesos de evaporación multiefecto.

Vertido cero en lavado y desalado de jamones

salmueras lavado jamonesDespués del salado del jamón es preciso hacer un lavado con agua para eliminar los restos de sal que quedan en la superficie, esta operación conlleva, además del consumo de agua potable, la producción de aguas residuales con muy elevado contenido en sal que no pueden ser vertidas por su elevada contaminación, la gestión externa de este residuo de salmueras en España es muy costosa. Recientemente se han introducido en el mercado maquinas para el desalado y lavado con sistemas de bajo consumo de agua, que ayudan a llevar a cabo un proceso de desalación sostenible.

Condorchem propone un innovador equipo, DESALT ECO DRY, que permite separar completamente, a muy bajo coste, la sal del agua mediante equipos compactos y automáticos de evaporación al vacío. Solo se consumen 250 w por litro, no hay ningún coste más, se obtiene sal seca sólida que se podrá comercializar como subproducto (deshielo de carreteras y accesos, regeneración de equipos de ablandamiento de agua, etc.) o cederla como residuo sólido no peligroso. Actualmente se esta investigando un procedimiento para esterilizar/purificar completamente la sal recuperada y obtener la clasificación de apta para el consumo lo que permitiría reutilizarla en el salado de los jamones.

pdflavado y desalado de jamones con vertido cero de aguas residuales

Tratamiento de salmueras en extracción de petróleo

salmueras extraccion petroleo

Las aguas congénitas, aguas saladas o salmuera líquida (en inglés, produced water) son un subproducto de la extracción de crudo al igual que el gas natural que fluye a través del pozo. Una vez separadas las aguas congénitas del crudo se verifica que estas contienen una concentración de sal de entre 10 y 150 g/l (2,2 a 50 libras/barril), además de bicarbonatos, sulfatos, calcio, magnesio y restos orgánicos. El vertido incontrolado genera un enorme impacto sobre el medio ambiente y puede contaminar cauces de agua dulce si no se evita la emisión sobre el terreno. La gestión de este fluido contaminante en las explotaciones terrestres es complicada y costosa mientras queel tratamiento en sitio mediante evaporadores al vacío permite resolver el problema de una forma eficiente y a bajo coste.

Normalmente en la extracción de crudo se obtiene una cantidad apreciable de gas natural que, salvo que se canalice (gaseoducto) o se comprima (GNL) para facilitar el transporte y comercializarlo como combustible, se suele quemar en teas en el propio campo. Esta energía disponible, barata y limpia se puede utilizar en evaporadores al vacío para el tratamiento de salmueras, para tratar aguas congénitas, aguas servidas, etc.

También es frecuente en algunos campos disponer de vapor procedente de generadores que inyectan vapor para favorecer la extracción de crudo pesado. Por último, la producción de energía eléctrica es realizada por moto-generadores,así como equipos más sofisticados de cogeneración, es decir con producción de fluido eléctrico y fluido térmico (agua caliente y humos de combustión), que puede ser aprovechado.

Cualquiera de las formas de energía disponible en el campo es aprovechable en los evaporadores al vacío.

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Tratamiento de aguas congénitas

Algunas variedades de olivo toleran el riego con aguas salinas sin detrimento de la producción

ulivo1Tras más de nueve años de estudio, científicos del Departamento de Agronomía de la Universidad de Córdoba han podido concluir que “no hay diferencia ni en el crecimiento del olivo de variedades habituales como Picual, ni en la producción, ni en el tamaño o calidad del fruto entre un olivo regado con agua no salina y otro regado con agua salina”, explica Ricardo Fernández-Escobar, responsable del proyecto financiado sobre todo gracias al Plan Nacional de Investigación.

Este hallazgo amplía las posibilidades de riego de los agricultores que se dedican al olivo, ya que las aguas salinas, frecuentes en tierras de pocas lluvias, en general no son beneficiosas para los cultivos ni aptas para el consumo humano. Sin embargo, este grupo científico ha descubierto que “las variedades más habituales en el cultivo (sobre todo la Picual), toleran hasta 6 gramos y medio de sal por litro de agua”. Para hacerse una idea, esta medida supone un grado de salinidad 5 ó 6 veces menor a la salinidad marina.

Este descubrimiento resulta especialmente positivo, sobre todo en lugares de poca agua donde hay que echar mano de este tipo de soluciones de cara a optimizar el consumo y tratamiento de aguas

Beneficios del calcio

Además, este grupo ha logrado averiguar que los olivos en general son bastante tolerantes al cloruro pero no así al sodio (ambos iones específicos de las sales). Para evitar el efecto pernicioso del sodio sobre una plantación de olivos “hay que añadir calcio al agua de riego -afirma el profesor Fernández-Escobar- ya que el calcio retiene el sodio en las raíces impidiendo que el sodio pase a la planta aérea y evitando así su toxicidad”. De este modo, el agricultor, tras un análisis del agua con la que cuenta, puede tomar medidas para poder regar con ella sin consecuencias negativas.

El grupo de Ricardo Fernández-Escobar sigue trabajando en la mejora de la nutrición global del olivo y, como él mismo explica, “ahora estamos realizando ensayos desde Huelva a Jaén para que haya ejemplos directos en cada una de estas zonas de los aspectos importantes de la nutrición del olivar como son la deficiencia de potasio o el exceso de nitrógeno, que se aplica por costumbre pero genera muchos problemas ambientales y de producción”.