Manuel Fuentes Díaz

 

El origen del agua de los océanos

Una de las teorías más aceptadas al respecto es la que atribuye su formación a partir de que las erupciones volcánicas fueron liberándola gradualmente de la superficie terrestre. Es decir, que el agua contenida en forma gaseosa en las rocas brotó primero hacia la atmósfera. Esta teoría se sustenta en estudios que comprueban que los volcanes activos expulsan vapor en sus erupciones.

Cientos de millones de años después de haberse liberado de tal modo grandes cantidades de vapor de agua hacia la atmósfera, éste acabó por enfriarse y condensarse para luego caer ya en forma de lluvias torrenciales sobre la superficie del planeta. Así se formaron los océanos.

Por otra parte, el agua de los océanos es salada porque es una solución acuosa en la que se encuentran disueltos una variedad de materiales sólidos, principalmente sales, así como gases atmosféricos. A los mencionados sólidos se suman también materiales suspendidos orgánicos e inorgánicos. Y, junto con los anteriores, forman parte de esta solución acuosa algunos organismos microscópicos vivos, vegetales y animales, conocidos respectivamente como fitoplancton y zooplancton. Al poblar el agua de los océanos, éstos participan de su composición, actuando sobre las concentraciones de las sustancias disueltas o suspendidas.

La presencia de sales en el agua del mar puede explicarse por la ocurrencia de dos procesos:

• El primero tiene relación con las aguas liberadas en las erupciones volcánicas que mencionamos al principio, las cuales incluyen muchos de los componentes actualmente ya conocidos (Cuadro 1).

   

  Cuadro 1. Constituyentes principales del agua de mar.

  Constituyente	Símbolo	g/kg en agua de mar	% por peso
  Cloruro	Cl-	19.35	55.07
  Sodio	Na+	10.76	30.62
  Sulfato	SO4-	2.71	7.72
  Magnesio	Mg++	1.29	3.68
  Calcio	Ca++	0.41	1.17
  Potasio	K+	0.39	1.10
  Bicarbonato	HCO3-	0.14	0.40
  Bromuro	Br-	0.067	0.19
  Estroncio	Sr++	0.008	0.02
  Bario	B	0.004	0.01
  Fluoruro	F-	0.001	0.01
  Total	----	----	99.99

   

• El segundo proceso se refiere al aporte de sales al océano mediante el lavado que las lluvias y los ríos efectúan en los continentes, debido a la gran capacidad de disolución del agua. Se ha estimado que cada año llegan al mar 3x10¹² toneladas de sales de los continentes, lo que en realidad contribuye en una proporción insignificante a la concentración total de las mismas.

En virtud de la abundancia con que se hallan presentes en el agua de mar, las sales disueltas descritas en el cuadro anterior se reconocen como "constituyentes principales", mientras que otras, que lo están en cantidades mas pequeñas, se denominan "constituyentes secundarios". Parte de ellos son los nutrientes (nitrato: NO₃^-; fosfato: PO₄^-; nitrito: NO₂^-; silicato: Si(OH)₄, y amonio: NH₄⁺).

Los constituyentes principales figuran como iones metálicos y iones básicos en los porcentajes expuestos en el Cuadro 1, en tanto que los "constituyentes secundarios" no superan el 0.025% de los primeros, a pesar de lo cual representan un papel importante en relación con la actividad biológica del mar.

Los diversos tipos de agua

De acuerdo con la cantidad de sales que contienen, existen varios tipos de agua. En tal sentido, se clasifican de la siguiente forma:

La salinidad del agua está en función del tipo de sales que contenga. Éstas pueden ser cloruro de sodio, u otras como carbonatos, sulfatos silicatos, etcétera.

Por otra parte, dependiendo de la región, la concentración de sales varía. Por ello, por ejemplo, el agua del Atlántico es diferente a la del Pacífico, como puede observarse en el siguiente cuadro, entre otros casos:

La desalación del agua

Respecto de cómo es correcto llamar al proceso de devolverle al agua su carácter de potable, eliminando de ella la cantidad excesiva de sales que contenga, “desalar” o “desalinizar”, ambas respuestas son correctas de acuerdo con la Real Academia Española. Sin embargo, el primero de estos términos es el más utilizado. Así pues,“desalar” es quitarle la sal al agua mediante diferentes métodos, los cuales se agrupan en tres tipos:

1. Sistemas térmicos (destilación térmica, MSF, MED; destilación solar, CV, etcétera.)
2. Sistemas de membrana (ósmosis inversa; electrodiálisis).
3. Otros: Intercambio iónico; congelación, energía nuclear.

Dentro de los procesos de desalación, la ósmosis inversa (OI) es uno de los más utilizados en América y Europa. Para explicar en qué consiste, recordemos el experimento que se hace en la secundaria donde, en un recipiente dividido por un celofán (membrana semipermeable), se pone de un lado agua saturada con  sal y del otro agua de la llave. El fenómeno de la ósmosis se da cuando el agua salada empieza a filtrarse a través del celofán y a entrar en equilibrio con el agua dulce (de la llave), dando por resultado que al final del día la concentración de sal de cada lado de la membrana es la misma. A ese fenómeno se le llama “ósmosis”. Otro ejemplo de este proceso es lo que sucede con las células de los seres vivos, al igualarse concentraciones de sales de la mayor a la menor concentración, a través de la membrana celular. La fuerza que provoca este movimiento, hasta que se alcanza el equilibrio, se llama “presión osmótica”.

La ósmosis inversa es el fenómeno donde se aplica presión a una solución salina y se hace pasar a través de una membrana semipermeable, por la que sólo pasa el agua y las sales son retenidas en su mayoría. Esto provoca un alto consumo energético.

Otro método, más utilizado por los países árabes, es el térmico, que básicamente consiste en aplicar al agua energía en forma de calor para evaporarla y luego condensarla. El condensado se recolecta ya en forma de agua dulce o baja en sales. En estos métodos se aplica vacío, para bajar el punto de ebullición del líquido.

Los beneficios de la desalación de agua en cuanto a los usos que de ella pueden hacerse ya en esa condición, son infinitos, así como su disponibilidad. Uno de los beneficios más impactantes es lograr el desarrollo de ciudades o poblaciones donde no hay agua potable, como en las islas del Caribe, islas españolas, Japón, Singapur y los países árabes, o en zonas de baja disponibilidad como Florida y California, en los Estados Unidos, o Baja California, Baja California Sur y Sonora, en México, y en el norte de Chile y Venezuela.

Ahora bien, podemos mencionar asimismo varios aspectos negativos de este proceso:

Los costos iniciales de inversión son altos, y los gastos de operación y mantenimiento son no competitivos respecto a los de la extracción en pozos y los del tratamiento de aguas superficiales. Por ello, la desalación se recomienda únicamente cuando no existe otra alternativa más económica para obtener agua potable. Además, se requiere de personal especializado para el manejo del equipo, y las refacciones son costosas.

La desalación en México

Actualmente  el IMTA cuenta con el inventario nacional de desaladoras actualizado. Existen en México 320 sitios donde están instaladas desaladoras, y en éstos hay 435 plantas. Esta infraestructura se halla distribuida en todo el país. El estado con el mayor número de desaladoras es Quintana Roo, con 124 unidades; le sigue Baja California Sur, con 71. Este último cuenta con la planta municipal más grande del país, en los Cabos, que produce 200 L/s de agua potable (17 280 m³/d) y abastece a una parte de Cabo San Lucas. Es una concesión por 20 años a una empresa española, y el costo por m³ actualmente está alrededor de los diez pesos con cincuenta centavos.

Podemos preguntarnos qué se obtiene como resultado de este proceso, y qué se hace con los desechos o residuos que quedan después de la desalación. Pues bien: tanto de los procesos térmicos como de los de membrana se obtienen dos productos: el agua destilada o baja en sales, a la que es necesario darle un postratamiento para que sea apta para consumo humano y no provoque problemas de corrosión en las redes de distribución, y la salmuera, que es el concentrado de sales de estos procesos y es de tal modo un desperdicio con una concentración doble de sales, la cual debe ser desechada adecuadamente. Lo anterior quiere decir que si tengo agua de mar, cuya concentración es de 35 000 ppm de sal, al desalarla voy a tener un agua baja en sales, menor a 100 ppm, y que tendremos además el rechazo o salmuera, con una concentración de 70 000 miligramos por litro.

Los residuos de las plantas desaladoras se desechan en dos formas: si existe terreno suficiente, se llevan a lagunas de secado, donde el agua se evapora; la sal que queda es confinada, ya que tiene químicos (antincrustantes) que no permiten su utilización para el consumo humano. El método de disposición de salmuera más común es su depósito en el océano, por medio de difusores ubicados mar adentro. El mar diluye en segundos las altas concentraciones de sal que por ese medio se le agregan. Es necesario no hacer estas descargas de salmuera en sitios muy frágiles bióticamente, como los bancos de coral. Un dato curioso es que la sal que hay ya en los mares del mundo es tanta, que si la extrajéramos en su totalidad cubriríamos con ella todos los continentes con una capa de 1.5 m de alto.

Los proyectos del IMTA en este campo

En el IMTA se trabaja en varios aspectos de la desalación:

• En primer lugar, cada dos años se actualiza el inventario de plantas del país, información que no es fácil de obtenerse.
• Se investiga sobre energías alternas de desalación, pensando en comunidades alejadas con problemas de aguas salobres y que no cuentan con agua potable.
• Se experimenta el uso de materiales de desecho para la elaboración de destiladores solares.
• Asimismo, se estudia un sistema de bajo mantenimiento, que consiste en la sustitución de los destiladores cada dos años. El costo de la sustitución es de 250 pesos. El costo del sistema es de 5 000 pesos, e incluye:

  a) Tinaco de 450 litros (depósito de agua salobre).
  b) Estructura metálica para los destiladores, calentador solar.
  c) 40 destiladores solares tubulares, instalación hidráulica, y
  d) Recolector de destilado .

• El sistema produce en promedio diez litros de agua fresca por día, y ocupa no más de seis metros cuadrados.


• Otra línea de trabajo que se explora en el IMTA es el uso de plantas acuáticas para desalar. En este sentido, se está trabajando con Najas marina, una hidrófita enraizada sumergida que se encuentra en el lago de Tequesquitengo. Participan en este proyecto tesistas de licenciatura de la UAEM.
• Una línea de trabajo más es la elaboración de lineamientos adecuados para las plantas desaladoras, que nos indicará qué debe cuidarse con miras a su instalación.
• Por otra parte, actualmente se está construyendo, para inaugurarse el próximo año, el laboratorio de membranas más grande de Latinoamérica. Contemplará los siguientes procesos:

  a) Ósmosis inversa para agua de mar.
  b) Ósmosis inversa para agua salobre.
  c) Nanofiltración.
  d) Ultrafiltración.
  e) Microfiltración.
  f) Filtración con arena.
  g) Desinfección con ozono.

El laboratorio contará con un banco de pruebas de membranas y con un área de autopsias para las mismas. Y todo esto significa que con este laboratorio se podrán hacer pruebas de tratabilidad in situ en cualquier parte de la república. Por lo que respecta a la formación de especialistas en este aspecto, estamos invitando a que trabajen con nosotros alumnos de ingeniería química o mecánica que quieran hacer su tesis de licenciatura o de maestría sobre el tema, así como estancias.

Evolución posible de esta tecnología

Estos sistemas están cambiando tan rápido como las computadoras; en tan sólo dos o tres años existe ya otro tipo de membranas resistentes al cloro, por ejemplo al ensuciamiento, y los costos disminuyen dramáticamente. Hace diez años, para desalar agua por el método de ósmosis inversa (OI) se requerían 10-15 KWh/m³, y el m³ tratado costaba entre 12 y 18 pesos. Ahora los equipos producen agua con hasta 2.8 KWh/m³, y el costo va de los seis a los ocho pesos por metro cúbico. 

Los equipos de ósmosis inversa y térmicos ya están operando en México. Sólo falta difundirlos adecuadamente en estados como Sonora o en ciudades como Tijuana y La Paz, donde hay problemas serios de disponibilidad de agua y pocas opciones de abastecimiento. En cuanto a desarrollos conjuntos entre México y otros países, existe la posibilidad de un proyecto entre las ciudades de San Diego y Tijuana, para construir una planta desaladora en el lado Mexicano con dinero Norteamericano; pero aún no hay nada concreto. Pero, en general, la desalación en México está creciendo a pasos agigantados. A principios del siguiente año se creará la Asociación Mexicana de Desalación, que agrupará a los principales investigadores del país sobre el tema. El crecimiento del número de desaladoras se está realizando principalmente en toda la península de Baja California. En Puerto Peñasco, Sonora (conocido por los norteamericanos como Little Rock) dio inicio la construcción de otra planta desaladora concesionada, que abastecerá a ese centro turístico en desarrollo. Por otra parte, este año se detuvo la construcción de plantas desaladoras en la Riviera Maya, pues la Comisión de Agua Potable y Alcantarillado de Quintana Roo está negociando con todos los hoteleros que las poseen para que se conecten a la red de agua potable que recientemente han construido para ellos. Los nuevos desarrollos estarán obligados a conectarse a dicha red de agua potable, por lo que la desalación en esta zona tomará un giro de 180° en cuanto el aumento de desaladoras en la región los próximos años.

 

Bibliografía recomendada

Buros O.K., The ABC´s of Desalting. International Desalination Association, 2a  Ed., USA, 2000.

Fuentes, Manuel, K. Gómez Martínez, A. Santacruz C., L. Montellano, A. Gonzalez, César Calderón, Antonio Ramírez, y Sofía Garrido, Desalinización de agua mediante el uso de energías no convencionales para su aplicación en comunidades rurales, Proyecto interno,  IMTA, 2006.

Medina San Juan, José Antonio, Desalinización de aguas salobres y de mar. Ósmosis Inversa, Ed. Mundi-Prensa, España, 2000.

Membrane Technology and research, Inc. www.mtrinc.com

Valero A., Uche, J., y L. Serra, Desalinización como alternativa al Plan Hidrológico Nacional 2000 (PHN), Centro de Investigación de Recursos y Consumos Energéticos (CIRCE), Universidad de Zaragoza, Centro Politécnico Superior, Gobierno de Aragón, España, 2001.

www.wikipedia.org. Mar Muerto.