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Métodos de desalinización

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Métodos para separar el agua de las sales (Procesos Físicos):
a) Métodos de destilación
b) Procesos de cristalización
c) Procesos donde intervienen membranas.

Métodos basados en la separación de sales (Procesos Químicos):
a) Intercambio iónico
b) Tratamiento químico

Métodos para separar el agua de las sales (Procesos Físicos).
Uno de los métodos para obtener un agua aceptable para la bebida a partir de aguas con elevada salinidad, es la destilación. Con éste método podemos reducir el contenido de sales a niveles de hasta 1 ppm (o sea 1 mg/litro), según la efectividad del proceso aplicado.
Debido a la elevada temperatura a la que es sometida el agua en todo el proceso, la carga microbiana se ve reducida a cero.

a) Métodos de destilación:

Los métodos de destilación, pueden agruparse según dos sistemas fundamentales:

  1. Procesos térmicos
  2. Procesos por compresión

En ellos se parte de una concentración en sales de 20000 ppm, para finalmente obtener una concentración de sólo 10 ppm.

La evaporación consiste en aplicar energía a una masa de agua, para producir la separación y remoción de las moléculas de agua de la superficie del líquido.

Si a la vez el recinto en donde se encuentra la masa de agua se encuentra a presión reducida, tendremos que el proceso de evaporación ocurrirá a una temperatura menor. (Evaporación por múltiple efecto).

La purificación del agua por compresión se produce, calentando la misma a temperatura de evaporación (por arriba de 100ºC), el recinto o tanque contenedor es cerrado, para evitar la salida de vapor de agua, y así poder elevar la presión del mismo a la programada.

Una vez que se ha llegado a la presión establecida, se abre la válvula de salida y el agua se evapora rápidamente, separándose la misma de las sales que la acompaña. Este proceso suele denominarse: Evaporación Flash.

Es Importante resaltar que cada uno de los equipos nombrados son de robusta construcción y deben estar preparados para soportar un vacío de hasta 760 mm de Hg y unos 15 Kg/cm2 de presión positiva.

Evaporación solar
: se utiliza la energía solar, el agua salobre se almacena en grandes estanques (bandejas) de mucha superficie y poca altura, éstos se cubren con una lámina transparente, que permite el paso del calor que irradia el sol, el agua que escapa de la superficie de la masa líquida, llega a la lámina y se condensa en ella. Las gotas condensadas en la lámina se unen entre sí y se van dirigiendo mediante canales al centro o laterales de la tapa que cubre el estanque.

Desde éstos centros de recolección, el agua es recogida y transportada por unas cañerías a un único tanque de depósito de agua desalinizada.


b) Procesos de cristalización


Congelación: La congelación del agua Salobre (-1.9 a -3 ºC) suministra cristales de hielo puro que se separan de la solución, mientras que el agua en forma líquida se concentra en sales.

Los cristales son separados y deben ser lavados con agua dulce lo que hace bajar, considerablemente, el rendimiento de esta técnica.

Además se desperdicia mucha energía térmica y un volumen importante de agua.


c)Procesos donde intervienen membranas
.

Electrodiálisis: Permite la separación de mezclas por intercambios de iones a través de membranas que poseen una carga eléctrica.

El principio de separación obedece a un rechazo por interacción coulombiana entre membranas y los iones presentes en el agua.

La energía se suministra por medio de campos eléctricos y no por efecto mecánico de presurización.

Existe la ventaja de no involucrar el flujo osmótico ni el electro-osmótico, ya que la separación o purificación del fluido se produce por transporte de iones a través de las membranas. Esto reduce el gasto de energía por irreversibilidades internas en procesos muy fuera del equilibrio.

La electrodiálisis emplea membranas con carga fija para extraer agua pura de una solución salina. El campo eléctrico aplicado, pone los iones salinos en movimiento hacia el electrodo de signo contrario. Las membranas resultan impermeables en los iones de carga de igual signo. Las membranas de distinta carga no se alternan.


Osmosis natural: Cuando se pone en contacto, mediante una membrana semipermeable dos soluciones de distinta concentración salina, las fuerzas naturales hacen fluir el agua desde la solución más diluida hacia la solución más concentrada, hasta que se igualan las concentraciones de las soluciones a ambos lados de la membrana (figura2). Este es el fenómeno natural conocido como ósmosis.


Osmosis inversa: En la osmosis inversa, se utilizan las propiedades de algunas membranas que dejan pasar el agua dulce y retienen las sales presentes en ellas.

La osmosis inversa es un proceso en que una membrana semipermeable es usada para separar fluidos de varias calidades, ya que se produce un fluido llamado permeado de alta calidad con bajo contenido en sólidos disueltos . La separación se hace pasando un fluido a través de la membrana a una presión y velocidad específicas.

La membrana tiene poros, esto permite que pase el fluido y se retenga un 2% a 5% de los sólidos, los cuales quedan retenidos. A continuación el fluido proveniente del primer juego de membranas entra en otra juego de membrana, así mediante una serie de filtraciones a través de membranas obtenemos un agua de bajo contenido en sales.

La solución de sales retenidas en las membranas luego será desecha. Esta técnica permite un elevado nivel de separación de las sales disueltas, sólidos en suspensión y microorganismos.

-Membranas semipermeables: las membranas semipermeables, permiten el paso selectivo de ciertas sustancias, en este caso agua, pero impiden el paso de otras, como las sales disueltas en ellas.

La capacidad de filtración de las membranas depende:

a) La composición química del fluido a filtrar y al material semipermeable que se requiere debito a su composición.

b) La temperatura del fluido.

c) Presión de operación.

d) Sólidos totales disueltos a ser removidos.

Hoy en día existen en el mercado diferentes tipos de membranas, estas son de diferentes tamaños y constitución: fibra hueca de poliamida, poliamida arrollada en espiral y acetato y triacetato de celulosa arrollada en espiral fundamentalmente.

Actualmente existen dos grados de elementos de membrana usados para la desalinización de agua de mar: los estandar y los de alto rechazo, éstas últimas son la más utilizadas porque sacrifican la cantidad de agua producida por su calidad, es decir que su recuperación es menor pero presentan una razón típica de rechazo del 90-99% de NaCl.

-Presión osmótica: el paso de agua implica un aumento de volumen, y por lo tanto de la altura del vaso en el lado de la solución concentrada, y una disminución en el de la más diluida. Esta diferencia de altura entre ambos lados de la membrana, se traduce en una presión ejercida por el líquido, que es la presión osmótica de la disolución.

-Osmosis inversa: a través de la observación de éste fenómeno, se determinó la posibilidad de invertirlo aplicando una presión igual o superior a la presión osmótica de la solución en el lado de la solución más concentrada, provocando el paso del agua en sentido inverso. A este fenómeno se le llama osmosis inversa.

-Desalinización de agua de mar: El agua es captada mediante una bomba de alimentación, especial para agua de mar que debe de estar conectada a un pozo en la playa ( para tener una máxima eficiencia). Las aguas salobres de este pozo son expulsadas a las unidades de pretratamiento químico , donde se dosifican los componentes apropiados para cada caso, y pretratamiento físico, que consiste en una o dos etapas de filtración, filtración de arena multietapa y filtración fina mediante cartuchos de hilo bobinado.

Los equipos típicos de pretratamiento son : filtración, tanque de precipitación , separación ciclónica, filtros de cartucho, inyección de bisulfato, cloración, inyección de anti-incrustante, inyección de ácido.

Equipos de pretratamiento

Compuesto que filtra

Acción

Filtración

Material orgánico grande y slit

Remueve gran cantidad de partículas del agua de alimentación. Filtra.

Tanque de precipitación

Slit

Precipita

Separador ciclónico

Slit y material orgánico

Separa

Filtro por cartucho

Material orgánico

Filtra. Remueve partículas antes de entrar a la osmosis inversa.

Inyección de bisulfato de sodio

Material orgánico

Remueve el oxígeno de la alimentación a la osmosis, previniendo crecimiento biológico.

Cloración

Material orgánico

Previene
actividad orgánica

Anti-incrustante

Ayuda a mantener materiales y orgánicos en solución

Reduce la información de incrustación y contaminación por osmosis
Inyección de ácido

Inyección de ácido

Mantiene la incrustación mineral e solución

Reduce la incrustación en la osmosis.

Una vez ha sido pre-tratada el agua es impulsada mediante la bomba de alta presión (desde 10 a 25 bares para aguas salobres y hasta 70 bares para agua de mar), hacia las membranas donde se produce el fenómeno de la osmosis anteriormente descrito.

La energía de rechazo puede ser aprovechada por medio de un sistema de recuperación energética, que disminuya el consumo de la bomba de alta presión.

El permeado o agua producto puede ser utilizado directamente o post-tratado si se va a utilizar para consumo humano, ya sea de cloración , ajuste de pH o endurecerla mediante la adición de calcio, no nos olvidemos que un agua de bebida con bajo contenido de sales puede llevar a la deshidratación del organismo.

Una vez que las membranas, han retenido una determinada cantidad de sales, las mismas deben ser regeneradas, esto se logra retirando las sales del equipo por retro-lavado.
Membrana de Osmosis Inversa.



Esquema Funcionamiento plata de Osmosis Inversa.



Una vez desprovistas las membranas de sales, se procederá mediante un lavado químico con sustancias químicas ácidas y alcalinas a la regeneración de las membranas.


Métodos basados en el Tratamiento Químico).

a) Intercambio Iónico :se basa en el intercambio de aniones y cationes indeseables por otros deseables, como ser el Mg+ por el H+ y el Cl- por el OH-, si lo que se quiere lograr el la desmineralización del agua salobre.
Este proceso químico es posible realizarlo, mediante una zeolitas o resinas de intercambio iónico.

Las resina normales tienen un límite de salinidad de 500 ppm, pero actualmente existen resinas que permiten controlar hasta 3000 ppm. El proceso a seguir es la combinación de resinas cambiadoras de aniones con resinas cambiadoras de cationes. En la primera columna tenemos una resina que contiene HCO3- ,se retiran los aniones del agua salobre que se intercambia por el anión de HCO3- . En la segunda columna llega HCO3- más cationes de agua salobre, este intercambia cationes, se retiene los cationes de agua salobre y se desprenden los protones, pero el HCO3- en medio ácido reacciona con los protones dando CO2 más agua. En la tercera columna se pasa el CO2 por –OH con lo que se absorbe el CO2. Es necesario regenerar los reactivos, la tercera se regenera con Sustancias Básicas –OH.

Esta es una de las combinaciones que podemos realizar, ya que los intercambio químicos que se realizarán en la columna, dependerá de la sustancia que se utilizó para regenera los resinas. Las sustancias más comunes son bases como ser Hidróxido de Sodio o sal común y ácidos como el Clorhídrico o Sulfúrico.

b) Depuración química: se trata el agua salobre con sustancias químicas varias, de manera que se produzcan reacciones químicas entre las sales presentes en el agua cruda y los químicos agregados, así se producen neutralizaciones, intercambio de cationes y aniones y precipitaciones de las sales indeseables.

Al aplicar sustancias químicas estratégicas al agua problema, se realizan precipitaciones mediante el uso de sustancias cargadas eléctricamente que adhieren a las sales presentes en el medio. Una vez que el tamaño de éstos grandes conglomerados de sales (fóculos), adquieren un peso suficiente, descienden lentamente hasta el fondo del recipiente. De ésta manera pueden eliminarse cationes y aniones indeseables, para así obtener un agua aplicable para los distintos usos, como ser para bebidas de animales, calderas, y riego de cultivos inclusive.

Otra forma de eliminar sustancias indeseables del agua, es hacer pasar la misma por unos barros activos, capaz de acelerar el tratamiento anteriormente descrito.

Entre los procesos que se aplican en un tratamiento químico, tenemos la potabilización, neutralización, clarificación, y dosificación de sustancias como ser cobre, calcio, cobalto, entre otros minerales.

El tratamiento químico se puede efectuar en forma continua o por lotes (Batch), dependiendo del agua a tratar y los volúmenes requeridos.

Algo que debemos tener en cuenta a la hora de utilizar el agua para bebida de animales, es que es imprescindible un tratamiento químico, ya que con la potabilización, podremos lograr una disminución en la carga de parásitos, disminución de sales como el Sulfato de Magnesio y el Arsénico. Por lo tanto si sus animales, “toman” bien el agua y la misma no es salobre, no quiere decir que la misma no esté originando un problema en los mismos. Para descartar un posible problema a futuro, realice un análisis del agua, y por lo menos potabilice la misma.


Método Químico contra Método Físico para el Tratamiento de Aguas.

Parámetros

Tratamiento Físico

Tratamiento Químico

Eliminación de Sales del agua

Disminución de Sales en un 80-95%

Disminución de Sales en un 10-90%

Equipos necesarios para el tratamiento

Cañerías y Tanques de Acero especiales, Bombas de alta presión, Filtros, Tanques Reactores, Calderas, Membranas, Resinas de Intercambio, Instrumental electromecánico.

Cañerías y Tanques de Plásticos, Dosificador de Productos químicos.
Torre aireación.


Inversión Planta para producir 1 m3/h

U$S 8500 a U$S 10000

U$S 2000 a U$S 3000


Horas Hombre para Producir 20 m3 / día

20 Horas. Personal capacitado para manejar equipo electromecánico, Elementos y reactivos de Limpieza.

1 Hora. Limpieza de recipientes contenedores de químicos, recarga de químicos y Purga de barros.


Sustancias Químicas necesarias

Sustancias Cáusticas y ácidas. Corrosivas, Peligroso el contacto con la piel y ojos. Peligro inhalación. Alta seguridad.

Sustancias de sencilla manipulación, no tóxicas. Para casos especiales se debe manipular químicos de media seguridad.


Costo para Producir 10 m3
(5000 mg/l S.Totales)

E.Eléctrica + Mantenimiento U$S 9 a 12, Químicos pre-tratamiento U$S 3 a 6, Elementos y Químicos Limpieza U$S 8 a 14.
Mano Obra U$S 8 a 20
Total U$S 28 a 52.

Mantenimiento U$S 1 a 3, Químicos U$S 6 a 13, Elementos Limpieza U$S 1, Mano Obra U$S 3 a 4.
Total U$S 11 a 21.


Espacio Físico para Instalar Planta de Tratamiento

Galpón protegido, con paredes y techo. Superficie Necesaria de 25 a 50 m2. Requiere una estructura importante de material especial (inoxidable).

Puede estar instalado a la intemperie, con un techo para proteger el equipo del sol. No requiere una estructura importante, Hierro o PVC pintado.


Inversión en repuestos (1 juego extra)

Bombas y membranas y/o resinas U$S 3000 a 5000.

Dosificador y recipiente contenedor químicos U$S 500.


Movilidad del equipo

Imposible realizar movimiento del equipo una vez instalado. Peso Importante, conexiones metálicas. Conexiones eléctricas, puesta a tierra.

Equipo móvil y liviano, compacto. Ocupa de 1 a 2 m2 (dosificador y Bomba)

Efecto del Tratamiento sobre el agua
Utilizada para bebida animal.

Se produce un agua libre de sales, con la necesidad de mezclarla con agua salinas (evitar deshidratación). Pero introduciendo nuevamente sales perjudiciales para los animales como ser Magnesio, Arsénico, Manganeso, carga orgánica, olores y sabores.

Se produce un agua con cantidades bajas o nulas de sales perjudiciales como ser Mg, As, etc. Se logra un agua potable (libre de carga orgánica), clara, sin turbidez, sin olores ni sabores indeseables. Además el agua queda provista de otros minerales que sean deficientes en la dieta de los animales.

Tiempo Necesario para producir 10 m3

10 Horas. El equipo debe limpiarse 1 vez por día con personal capacitado en electromecánica.

Dependiendo de la fuente de agua puede procesarse de 10 a 100 m3 por horas. La operación de limpieza, es efectuada por un operario de sencilla capacitación.

Resumen:
El tratamiento y acondicionamiento del agua por medios físicos y químicos, son procesos que inclusive pueden estar unidos entre sí para entregar un agua sumamente pura o bien acondicionada para la bebida de animales.

Debido al costo de producción, la capacitación del personal y la complejidad para operar estos sistemas de tratamientos físicos del agua, recomendamos solo su aplicación para casos en los que el tratamiento químico no sea posible realizar.

El tratamiento químico del agua es en realidad una necesidad, hasta para la mejor de las fuentes de aguas (perforación y/o represas), ya que se produce una disminución importante o total de la carga bacteriana u orgánica, y por éste simple efecto, lograremos una menor carga parasitaria y evitaremos posibles enfermedades en los animales.

Debemos tener en cuenta que el tratamiento químico puede procesar grandes cantidades de agua con una sencilla supervisión del personal existente en el campo.

Además el agua se enriquece en minerales deseables, pudiendo inclusive dosificarse nitrógeno como fuente de proteínas.


División Aguas.
Tratamientos y Acondicionamiento de Aguas para ganadería.

Filtros y Equipos Desmineralizadores de Aguas.

Potabilización y Ablandamiento de Aguas para la Industria.

Tratamientos de Efluentes.


División Levaduras.
Levaduras para Alimentación de Ganado.

Mostos y Núcleos Alimenticios.

Predigestión de cereales.

Vitaminas, minerales y Probióticos.


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Jose Manuel Cobo
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Puebla de los Angeles, Puebla, México
Médico Veterinario Zootecnista
Re: Métodos de desalinización
31/03/2008 | estimados amigos, este articulo es un representante de la calidad profesional de su autor, como de Ergomix.
JOSE MANUEL COBO.
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Re: Métodos de desalinización
05/09/2009 | Muy interesante el tema de la ósmosis inversa, ahora este sistema es aplicable a otros productos? Si alguien puede decir algo al respecto, lo agradezco.
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Cuartara Mario Mario
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San Rafael, Rio Negro, Argentina
Técnico químico
Re: Métodos de desalinización
27/12/2012 | MUY INTERESANTE, (AL MENOS PARA MI) ESTE ARTÍCULO, EN LA ZONA ES IMPORTANTÍSIMO TENER LA POSIBILIDAD DE ACCEDER AL AGUA "DULCE", SI BIEN, A MI PROVINCIA LA SURCAN RIOS CAUDALOSOS, LA MAYOR PARTE DEL TERRITORIO ES ÁRIDO, LO QUE CAUSA QUE SE NOS PRESENTE UN PAISAJE INÓSPITO. MUCHAS GRACIAS
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