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Técnicas de producción de agua ante grandes obras hidráulicas

producción de aguaAnte la falta de ideas para la producción de agua para el consumo humano, la República de la India inició a finales de 2015 la ejecución de una vasta obra hidráulica consistente en unir mediante canales 37 ríos de todo el país. Tiene el precedente de China, que años atrás desvió el río Yangtsé, el más largo de China y el tercero del mundo, tras el Amazonas y el Nilo.

Esta obra faraónica planteada por las autoridades indias para paliar la escasez de agua en la India requerirá la construcción de más de 15.000 km de enlaces fluviales y tendrá un coste superior a los 168.000 millones de dólares.

Al coste económico se deberán sumar las consecuencias ambientales derivadas de rediseñar por completo la geografía y el caudal de los ríos en el país. Las obras producirán la desforestación de grandes zonas boscosas, la modificación de la biodiversidad de los ríos y el desplazamiento de más de medio millón de personas.

Quizás sea posible que la ejecución de estas obras pueda poner fin al problema de la escasez de agua en grandes regiones del país, pero lo que es seguro es que no solucionará el otro gran problema existente relacionado con el agua: su falta de calidad. El río Ganges, el río sagrado del hinduismo, del que se nutren cientos de millones de personas, es uno de los más contaminados del mundo. No en vano soporta los residuos de un 10% de la población mundial. Se estima que la deficiente calidad del agua de los ríos es la responsable en la India de la muerte de 600.000 personas al año.

En los países con acceso al mar o al océano – la India dispone de más de 7.500 km de costa –, una alternativa más económica, sostenible y viable que las obras hidráulicas tan ambiciosas para obtener agua para el consumo humano consiste en la producción de agua para el consumo humano a través de la desalación de agua del mar mediante las tecnologías de membrana. La ósmosis inversa es la tecnología de membrana más desarrollada para la desalación de agua de mar, pero recientemente se está abriendo paso un técnica novedosa que supone un salto adelante respecto a la ósmosis inversa: la ósmosis forzada (forward osmosis).

La producción de agua de gran calidad mediante la ósmosis forzada es posible y viable técnicamente. Se fundamenta en el principio por el cual dos soluciones con diferentes concentración de un soluto, si se ponen en contacto mediante una membrana semipermeable, se produce un flujo neto de solvente que tiende a igualar las dos concentraciones. El solvente fluye de la solución de menor concentración (presión osmótica baja) a la solución con una concentración de soluto mayor (presión osmótica alta).

Esta técnica no requiere unas condiciones ambientales especiales, la temperatura de trabajo es la ambiental y la presión es de 2-3 bar, la necesaria para superar la resistencia a la fricción con la membrana. Estas condiciones de operación tan suaves permiten que se consuma muy poca energía en el proceso, tratándose de un factor clave cuando se desea producir agua de elevada cantidad sin que se disparen los costes.

El proceso se basa en la utilización de una solución de elevada presión osmótica, que recibe el nombre de agente osmótico (draw solution), que será la receptora del solvente que atravesará la membrana. El agente osmótico debe de ser una solución que permita de forma rápida, sencilla y económica su separación del solvente recuperado.

La ósmosis forzada es más competitiva que la ósmosis inversa porque presenta unas ventajas claves. Una de estas ventajas reside en el hecho de que la presión de operación sea muy baja, lo que conlleva unos costes energéticos muy contenidos. Además, las membranas de ósmosis forzada presentan mayor resistencia al ensuciamiento que las de ósmosis inversa y el cloro no las deteriora tanto, por lo que las limpiezas son menos frecuentes y menos agresivas, obteniendo una vida útil de las membranas más larga.

Un factor que se debe tener en cuenta es que la ósmosis forzada no produce agua de calidad en una única etapa, puesto que después de la etapa de ósmosis forzada el agua está mezclada con el agente osmótico es necesaria una segunda etapa para separar el agente osmótico del agua producida. En la segunda etapa, se recupera 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.

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.

diagrama ósmosis forzada

Figura 1

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 y que supone una excelente opción para la producción de agua de elevada calidad, sobretodo, cuanto más concentración de sales tenga el alimento. A modo de resumen, la ósmosis forzada:

  • Es un proceso que permite la producción de agua de elevada calidad con unos bajos costes de operación.
  • Es una tecnología que se presenta como una alternativa emergente a los procesos convencionales.
  • Es un proceso viable, fiable y eficaz.
  • Los costes de inversión se recuperan rápidamente gracias a los bajos costes de operación.