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Desalación de agua mediante sistemas de evaporación al vacío

Las tecnologías empleadas a fecha de hoy, en los procesos de desalación de agua pueden clasificarse en función de varios criterios, principalmente:

  1. Cambio de fase del agua a tratar.
  2. Tipo de energía.
  3. Proceso empleado.

En base a estos criterios de clasificación las principales tecnologías asociadas se dividen en:

Tecnologías de desalación de agua

Antes de la aparición e industrialización de las membranas de osmosis inversa, allá por la mitad de la década de los 60, el método para desalación de agua de mar y su potabilización era exclusivamente mediante equipos de evaporación que consumían una importante cantidad de energía.

En este artículo nos centraremos en las tecnologías actuales basadas en procesos de Evaporación.

Compresión Térmica de Vapor (TCV)

La compresión térmica de vapor obtiene el agua destilada con el mismo proceso que una destilación por múltiple efecto, pero utiliza una fuente de energía térmica diferente: son los llamados compresores térmicos (o termocompresores), que consumen vapor de media presión proveniente de la planta de producción eléctrica (si tenemos una planta dual, sino sería de un vapor de proceso obtenido expresamente para ello) y que succiona parte del vapor generado en la última etapa a muy baja presión, comprimiéndose y dando lugar a un vapor de presión intermedia a las anteriores adecuado para aportarse a la 1ª etapa, que es la única que consume energía en el proceso.

El rendimiento de este tipo de plantas es similar a las de las plantas MED (destilación por múltiple efecto), sin embargo su capacidad desaladora puede ser mucho mayor al permitirse una mayor adaptabilidad de toma de vapor de las plantas productoras del mismo. Muchas veces se las considera el mismo proceso, pero aquí se tratarán individualmente ya que el consumo de energía de la planta se realiza por un equipo diferente.

Destilación por Múltiple efecto (MED)

En los procesos MED, el agua a tratar, pasa a través de una serie de evaporadores puestos en serie. El vapor de una de las celdas se usa para evaporar el agua de la siguiente mientras que el aporte de energía primaria se hace sobre la primera de las etapas.

Este tipo de plantas son de tamaño medio y están especialmente indicadas cuando se pueden combinar aprovechando calores residuales procedentes de instalaciones de cogeneración, turbinas…

Evaporador al vacío múltiple efecto

Destilación súbita (MSF)

El agua a desalar, se calienta a baja presión lo que permite una evaporación súbita e irreversible, repitiéndose este proceso en sucesivas etapas en las que la presión disminuye según distintas condiciones.

Está indicado para aguas cuya salinidad es elevada. También lo está en aguas de temperaturas más altas y mayor contaminación. El mayor inconveniente que presentan las plantas MSF es el alto consumo energético.

Actualmente existen instalaciones donde se combina la producción de energía eléctrica de los campos solares con la producción de agua potable a partir de plantas de evaporación tipo flash.

Comprensión mecánica de vapor (CMV)

Los evaporadores al vacío por compresión mecánica de vapor (CMV) evaporan el líquido, en este caso el agua salada, en un lado de la superficie de intercambio, y se comprime lo suficiente para que condense en el otro lado y pueda así mantenerse el ciclo de destilación de agua, salvando las pérdidas del proceso y la elevación de la temperatura de ebullición del agua salada respecto a la pura.

Estos pequeños equipos son mucho más fiables y sencillos de operar que los equipos de osmosis inversa y casi no tienen mantenimiento, lo que los hace ideales para abastecer de agua dulce a pequeños núcleos de población, zonas remotas, zonas insulares, etc.

El consumo específico de estas instalaciones es más bajo que el de los otros procesos de destilación: normalmente el consumo eléctrico equivalente está sobre los 10 kWh/m3. El limitante mayor de este tipo de tecnología está en el tamaño máximo de los compresores volumétricos empleados. Su capacidad máxima no permite producciones altas de agua desalada.

evaporador al vacío compresión mecánica vapor

Otras alternativas

Otra forma de obtener agua potable proveniente del mar o fuentes salobres es mediante evaporadores de agua al vacío, que aprovechan fuentes de calor residual procedente de circuitos de refrigeración de motores de cogeneración. Esto permite incrementar el porcentaje de recuperación de energía y alcanzar los objetivos mínimos para poder cobrar las primas de energía vendida a la red.

Tecnologías de evaporación vs. tecnologías de filtración (ósmosis)

Actualmente existen pequeñas plantas de evaporación para desalar agua de mar o agua de pozos salobres, que consumen pequeñas cantidades de energía eléctrica, que puede ser obtenida mediante molinos de viento, placas fotovoltaicas u otras formas de obtener energía eléctrica renovable.

En los procesos de evaporación para la obtención de agua potable a partir de agua salada, el consumo energético no depende la salinidad del agua a tratar, por lo que son más ventajosos desde este punto de vista, cuanto más salina sea el agua de entrada, con respecto a los procesos de ósmosis inversa.

La técnica de membrana, asociada a la de ósmosis inversa, y comparable desde el punto de vista energético con las de evaporación, es la ósmosis forzada. Dicho proceso, produce agua desalada, empleando una membrana semipermeable y una solución de un compuesto fácilmente separable, que aumenta significativamente la presión osmótica, fuerza impulsora del flujo a través de la membrana. Se lleva a cabo a presiones muy bajas y a temperatura ambiente hecho que provoca un muy bajo consumo energético.

A modo de conclusión podemos decir que las tecnologías de evaporación son muy efectivas para la producción de agua potable a partir de agua salada, independientemente de la salinidad del agua de entrada, en cuanto a su bajo consumo energético, solo comparable con la ósmosis forzada (tecnología de filtración), cuyos consumos energéticos son también muy bajos.

Solución a un problema de lixiviados en un vertedero de RSU

residuos_defCondorchem Iberica ha ganado el concurso para llevar a cabo la segunda fase de la ampliación de la planta de residuos urbanos del Segriá, en la provincia de Lérida.

Un problema muy común en los vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU), como es el caso que nos ocupa, es que se generan unos efluentes líquidos muy contaminantes que suponen un serio problema medioambiental: los lixiviados. Dichos efluentes proceden de la degradación y descomposición de la materia orgánica presente en estos residuos, así como del agua de lluvia que percola a través de ellos.

En consecuencia, en un vertedero de RSU se generan unos efluentes líquidos de color oscuro y olor penetrante que no pueden verterse sin un tratamiento previo, y que se caracterizan por una muy elevada carga orgánica, alta conductividad, fuerte presencia de iones metálicos y también por un elevado contenido en nitrógeno amoniacal.

El doble objetivo de esta ampliación es obtener una planta con capacidad para tratar una mayor cantidad de residuos, provenientes de diversas poblaciones cercanas al vertedero, y mejorar al mismo tiempo la eficacia en los sistemas de tratamiento empleados con los residuos urbanos que se reciben, de forma que los resultados obtenidos se ajusten a las normativas estatales y europeas.

En este sentido, cabe destacar que el tratamiento actual de los lixiviados en el vertedero comarcal permite reducir 100 litros de líquido con materia residual a unos 50. Con la nueva planta, que se unirá a la ya existente, la fracción resultante será de 25, lo que supone un importante avance. Además, estos desechos se transportaran a otra planta externa para completar su tratamiento y reducirlos a una pasta de residuos inerte que pueda almacenarse.

Aunque originalmente se optó por realizar tratamientos de depuración fisico-química de aguas residuales y/o biológicos en este tipo de efluentes, para obtener los resultados deseados será necesario desarrollar y poner en marcha tratamientos físicos de concentración, que ofrecen una mayor eficacia y rendimiento en estos casos. En especial, los sistemas de evaporación al vacío combinados o no con ósmosis inversa previa o posterior, dado el elevado porcentaje de minimización del lixiviado y la obtención de un agua depurada resultante que permite ser adecuada a vertido de una forma sencilla, incluso cuando los límites son los más exigentes. Otra de las ventajas de estos sistemas son los muy moderados costes de tratamiento.

Además, en los casos en que exista en el vertedero generación de biogás, éste puede aprovecharse como fuente energética de aporte al sistema de evaporación al vacío, bien mediante una caldera con quemador de biogás, o bien mediante sistemas de cogeneración.