Procesos termales
Este método evapora agua de mar por aplicación de una fuente de calor para luego condensarla. Repite la operación varias veces agregando en algunos casos elementos al proceso que ayuden a captar alguna substancia presente en el agua impura que se desee extraer. La fuente de calor se aplica en cada una de las fases.[5].
Este método se asemeja al anterior, pero la fuente primaria de calor se aplica solo a la primera etapa. Para la siguiente etapa se utiliza el calor del vapor generado en la etapa anterior.
Es un proceso de recuperación de energía donde la energía se agrega al vapor de baja presión (generalmente vapor de agua) al comprimirlo. El resultado es un menor volumen de vapor a una temperatura y presión más altas, que se pueden utilizar para realizar un trabajo útil. Típicamente, el vapor comprimido puede usarse para calentar las aguas madres para producir el vapor a baja presión.
Este método utiliza un espacio cerrado y expuesto a la luz solar en cuyo interior el agua se evapora y luego condensa al contacto con la superficie más fría que la separa del exterior. Las gotas son llevadas por un declive hasta reunirlas en un margen del espacio. Su producción es de 1-4 l/día/m².[5].
Desalinización con reactores nucleares.
Los reactores nucleares también pueden emplearse en procesos de desalinización, ya sea en configuraciones duales que producen electricidad y calor de proceso, o dedicados únicamente a suministrar energía térmica. Esta tecnología se considera una opción baja en carbono para la producción de agua dulce en regiones con limitaciones hídricas.[6].
Tecnologías de membranas
La electrodiálisis fue propuesta por primera vez en 1890 por Maigrot y Sabates, quienes construyeron el primer dispositivo para la desalinización de jarabe. Dicho dispositivo usaba carbón como electrodo y papel de permanganato como membrana.[7].
El proceso de electrodiálisis utilizado para la desalinización consiste en hacer pasar agua salada a través de membranas cargadas que atrapan los iones disueltos en el agua salada con el objetivo de extraer y producir agua dulce.[8].
En resumen, cuando se aplica una corriente eléctrica continua, las membranas dejan pasar selectivamente sólo a los iones sodio (Na+) o a los iones de cloruro (Cl-). Esto hace que los iones se muevan y se concentren más a medida que se retienen en dichas membranas, obteniendo así agua dulce. La eficiencia de este proceso depende de varios factores, como la intensidad de la corriente y la permeabilidad de las membranas utilizadas. Por otro lado, el costo del proceso depende de la concentración de sal en el agua, ya que cuantos más iones sea necesario eliminar y según sean sus propiedades electroquímicas, se requiere más energía eléctrica.[9].
En 1954 se construyó la primera planta desalinizadora por electrodiálisis para la empresa Aramco (Arabia Saudí). A partir de este año, se construyeron muchas otras plantas desaladoras que funcionan a partir de esta tecnología.[7].
La Ósmosis inversa (OI) es un proceso en el que se obtiene agua dulce del agua salada. La ósmosis natural es un fenómeno que consiste en que, si hay una membrana semipermeable separando dos soluciones con el mismo disolvente, el disolvente pasa a través de ella, pero no las sales disueltas, desde el lado donde la concentración de sales es más baja hacia la más alta, hasta que a ambos lados de la membrana las soluciones tienen la misma concentración. Este proceso se realiza sin aporte de energía exterior, y se genera mediante la que se llama presión osmótica.
La ósmosis inversa consiste en hacer pasar por la membrana semipermeable el disolvente (en este caso agua) desde el lado donde está la solución más concentrada (el agua de mar, con sales disueltas), hacia el lado contrario, sin que pasen las sales. En este caso se requiere energía, en forma de presión, que será ligeramente superior a la presión osmótica que haría pasar el solvente de baja concentración hacia el lado de la alta concentración. La presión necesaria para conseguir la ósmosis inversa depende de la cantidad de sales disueltas y del grado de desalinización que se quiera obtener. Del empleo de energía en el proceso resulta un aumento de la entropía.
El mar es una fuente virtualmente ilimitada de agua salada. Una planta de ósmosis inversa necesita procesar un volumen de agua de mar de hasta tres veces mayor que la cantidad total de agua desalinizada que se obtendrá al final. Por eso el diseño de los pozos o sistema de captación debe considerar este factor para su capacidad.
Está en fase de investigación (TRL2) el uso de una lámina de grafeno con poros de 1,8 nm para sustituir las membranas en el proceso de ósmosis invertida para la desalinización del agua. Según las investigaciones actuales se obtendrían eficiencias mucho mayores que con las membranas actuales, y se tendrían requerimientos menores de energía. En el estado actual, el inconveniente es el costo de las membranas de grafeno, pero se espera que en el futuro estos costos podrán ser reducidos.[10].
Generalmente se emplea un gran depósito o balsa que se llena por gravedad al nivel del mar, previo un filtrado grosero. Se transporta el agua de la balsa mediante las bombas de alimentación al sistema de desalinización. A la entrada de las bombas de alimentación llega un suplemento de productos químicos mediante bombas dosificadoras. Así se prepara el agua para pasar cuatro tipos de filtros que retienen partículas mayores de cuatro micras. El paso principal de la producción de agua es la separación del HO de la mezcla de sales y minerales presente en el agua del mar. Este paso se realiza en la etapa de ósmosis inversa consiguiendo que las sales no atraviesen las membranas de los módulos de OI. Previamente ha de conseguirse las partículas de diatomeas y microalgas no lleguen a las membranas y para eso existen tres pasos previos de filtración por arena antes del último paso de micro filtración usando cartuchos de fibra sintética. El éxito de filtración también depende de la apropiada introducción de coagulantes. De acuerdo con la calidad de filtración se genera el ciclo de cambio de las membranas entre 2 y 5 años. Los dispersantes químicos introducidos antes de la micro filtración previenen la precipitación de minerales dentro de las membranas.
Como todos los aspectos del proceso están automatizados, el trabajo de los operadores es la supervisión y el mantenimiento.
La salmuera rechazada es un 55 % del agua bruta (aunque depende de la tecnología de desalinización empleada). Mientras que el 45 % del agua obtenida sale a presión atmosférica, debe asegurarse una contrapresión regulada en el flujo de rechazo. Este flujo de rechazo siempre contiene algo así como el 55 % (100 % - % ganada) de la energía de presión proporcionada por las bombas y es muy conveniente la recuperación de esta energía para obtener un rendimiento mayor. Una parte de la energía recuperada puede volver al mismo ciclo de desalinización y recuperación más de una vez.
Mientras que la planta está en el modo de producción se controla la presión de salida por una válvula de regulación. Se usan convertidores ‘Pressure Exchanger’ y con ellos en el intercambio de presión se puede recuperar hasta el 95 % de la energía del flujo de rechazo directamente por medio de bombeo usando desplazamiento positivo. Esa bomba de recuperación de energía aumenta el flujo de más agua bruta a la entrada de las membranas. La planta usa las unidades 'Pressure Exchanger' cerca de cada grupo de tubos de elementos de ósmosis inversa.
El agua osmotizada o el permeado de los módulos de ósmosis inversa debe ser acondicionada para cumplir con ciertas características de alta calidad, ya que, el agua producida tiene un pH ácido y un bajo contenido de carbonatos, lo que la convierte en un producto altamente corrosivo. Esto exige su preparación antes de su distribución y consumo. El pH se ajusta con carbonato de calcio a un valor de 7,7. Adicionalmente, si así lo requieren las normas municipales para uso del agua potable, se agrega también fluoruro de sodio e hipoclorito.