El mar como fuente de agua potable

El crecimiento vegetativo y el cambio climático han creado un panorama en el que las fuentes de agua ya no cubren las necesidades de muchas ciudades alrededor del mundo y esta realidad se expande año tras año. Una posible solución, que desde hace décadas han adoptado países como los Emiratos Árabes Unidos, Argelia, España, Australia y Chile, es la implementación de plantas desalinizadoras, a través de las cuales se transforma el agua de mar en agua potable y que, aunque con algunas limitaciones, pueden paliar de manera rápida las necesidades de cualquier país que lo requiera.

De acuerdo a informes de la Organización de las Naciones Unidas para la Educación la Ciencia y la Cultura (UNES­CO), 1,800 millones de personas habitarán en países o regiones con escasez absoluta de agua, y dos tercios de la población mundial podrían vivir en condiciones de tensión hídrica para el año 2025. Ante estas proyecciones países y entidades privadas se encuentran investigando tecnologías para la obtención de agua potable a partir de agua de mar mediante un proceso llamado desalinización, con el que se consigue reducir la presencia de sólidos disueltos en el agua de mar, entre los que se encuentra la sal. Las sales disueltas en los mares del mundo fluctúan entre 25,000 partes por millón (ppm) y 45,000 ppm; cifras que se reducen a menos de 1,000 ppm mediante la desalinización.

Algunos países como los Emiratos Árabes, con una creciente necesidad de agua potable, optaron por este sistema durante los años sesenta, cuando construyeron plantas desalinizadoras térmicas aprovechando el calor excedente de la explotación del petróleo. En esta misma década el desarrollo de la tecnología permitió la construcción de plantas desalinizadoras comerciales con una producción de hasta 8,000 m3 diarios en varios países del mundo, entre los que se encuentran España y Estados Unidos.

Estas primeras plantas desalinizaban el agua de mar a través de procesos de evaporación, los que demandaban ingentes cantidades de energía haciendo sus operaciones costosas. Las investigaciones en nuevas técnicas avanzaron y se desarrollaron los métodos de desalinización por membranas que fueron usados durante los setenta. En las siguientes décadas los avances tecnológicos redujeron los costos de la desalinización haciéndola más rentable y comerciali­zable. 

VARIANTES. Debemos empezar por señalar que la "desalinización" es la reducción de la presencia de sales disueltas específicamente en agua de mar, mientras que la "desalación" es la reducción de la concentración de sales en un solvente.

Los sistemas de desalinización pueden dividirse en dos tipos: Los que extraen el agua de la solución salina (agua de mar) y los que extraen la sal del agua. Asimismo, los procesos pueden clasificarse de acuerdo al tipo de energía que usan como la mecánica, nuclear, eléctrica, térmica o mixtas cuando usan dos o más de estas.

Uno de los procesos es el de desalinización por Efecto Flash, que consiste en evaporar el agua. Como el vapor no contiene sales luego es condensado en tubos. Este es el proceso de desalinización por evaporación más usado en el mundo y se ha implementado masivamente en Oriente Medio en donde este proceso es muy útil cuando el agua bruta (materia prima) no es de buena calidad por su alta salinidad, su temperatura o contaminación.

Este proceso, además, es sencillo de acoplar en plantas que tienen calor excedente (refinerías de petróleo o generadoras de electricidad por quema de combustible) para formar sistemas de cogeneración y permite una gran variabilidad de rangos de operación en ambas plantas. A pesar de sus ventajas, entre las que se cuenta la alta productividad, requiere de una gran cantidad de energía y tiene un alto costo de operación.

Otro de los sistemas es la destilación por Múltiple Efecto, un sistema de evaporación en varias etapas con intercambiadores térmicos que aprovechan el calor de la etapa anterior. Tienen una producción de agua desalinizada menor que las plantas Flash.

Similares a las plantas por Múltiple Efecto son las de Compresión Térmica de Vapor (CTV), pero estas toman el vapor residual de las plantas eléctricas para comprimirlo y aplicar calor nuevamente. Este sistema solo puede ser usado si existe una planta eléctrica cercana para alimentarlo.

En zonas muy áridas uno de los métodos más eficientes es la destilación por energía solar. Tiene un costo energético nulo y requiere de una escasa inversión inicial, pero su rentabilidad es muy baja. Solo produce unos litros por metro cuadrado de colector solar en condiciones climatológicas favorables. El sistema consta en depósitos de agua cubiertos por vidrio en posición diagonal. El agua evaporada se condensa en la cara inferior del vidrio para caer en un canal.

El proceso de desalinización por osmosis inversa se ha impuesto a los otros por sus costos estandarizados de operación y su adaptabilidad a ampliaciones.

 

OSMOSIS INVERSA. Este proceso es el más desarrollado y usado en los últimos años en la instalación de nuevas plantas desalinizadoras a gran escala. Consta básicamente de la presurización del agua sobre capas de membranas semipermeables contenidas en cartuchos tubulares (membrana osmótica), lo que resulta en una reducción de la concentración de sales.

El agua de mar es captada por una toma a cierta distancia de la costa para ser transportada y presurizada por bombas de alimentación al sistema de desalinización, a la vez que se inyectan suplementos químicos por bombas dosificadoras para favorecer la aglomeración de las partículas en suspensión. Así el agua pasa por cuatro tipos de filtros de pretratamiento que no permiten el paso de partículas con diámetros superiores a las 4 micras. En años recientes se ha desarrollado un sistema de pretratamiento llamado ultrafiltración que consta en el filtrado por membranas del agua de mar estandarizando su calidad antes de ingresar al proceso de ósmosis inversa.

Retiradas las partículas diatomeas y las microalgas el agua de mar pasa a la osmosis inversa propiamente dicha. Esta consta de una serie de bastidores de filtros en cartuchos tubulares por los que el agua pasa a alta presión. Aproximadamente el agua desalinizada es el 45% del agua de mar que ingresa al sistema.

En esta etapa es donde se utiliza una gran cantidad de energía eléctrica para alimentar a las bombas de alta presión. Es también la etapa que más costos de operación genera. Para reducir el uso de energía, la presión del agua tratada puede ser aprovechada por intercambiadores de presión que trasladan la presión del agua desalinizada al agua de mar que ingresa al sistema.

El agua producida por el sistema no puede ser entregada a la red sin antes ser tratada, ya que tiene un pH ácido y un bajo contenido de carbonatos, lo que la hace altamente corrosiva. Esto se contrarresta con la adición de algunos químicos y el paso por filtros especiales hasta alcanzar los estándares del agua potable.

Tan importante como la construcción de la planta es la instalación de las redes de distribución. Esta puede transportar el agua desalinizada hasta reservorios o directamente a la red pública dependiendo de las necesidades de la población a abastecer. Esta etapa de construcción influirá en los montos de inversión inicial y los costos operativos por procesos de bombeo; además repercutirá en las tarifas finales por metro cúbico de agua desalinizada.

El proceso de desalinización por osmosis inversa se ha impuesto a los otros por sus costos estandarizados de operación y su adaptabilidad a ampliaciones.

Este sistema tiene ventajas que la hacen una tecnología confiable, pero deben observarse las condiciones técnicas y económicas que las hagan viables.

SITUACIÓN INTERNACIONAL. De acuerdo a la edición 2008-2009 del Desalination Yearbook, publicación de la Asociación Internacional de Desalación (IDA), la capacidad mundial contratada prevista de desalini­zación creció 43% en el 2007, lo que representa una producción diaria de 6.8 millones de metros cúbicos diarios (m3/d), cifra superior a los 4.7 millones de m3/d registrados en el 2006. La diferencia de 2.1 millones de m3/día es suficiente para proveer de agua potable a 50 millones de personas. Asimismo, IDA reportó, en el 2008, que la tendencia de crecimiento se mantenía al observar un incremento de la capacidad contratada de 39% en los primeros seis meses del 2008. Se estima que para el 2025 la producción contratada global será de 150 millones de m3/d.

Cabe señalar que de la producción total, el 59% de las plantas desalini­zadoras usan el proceso de ósmosis inversa, el 27% la evaporación multi-etapa, 9% la evaporación multi-efecto y 5% otras tecnologías. Consecuentemente, con el incremento de la producción se incrementó el número de plantas desaliniza­doras contratadas a nivel mundial. El total global, hasta junio del 2008 era de 13,869 plantas.

Los países que más emplean las tecnologías de la desalinización para obtener agua potable son Arabia Saudita con el 25% del total global, seguida por Estados Unidos con el 12%.

Recientemente en Israel se inauguró una de las mayores plantas desali­nizadoras del mundo, capaz de proveer casi el 20% de la demanda de agua potable de ese país mediante el proceso de ósmosis inversa. La planta, ubicada en la ciudad de Hadera, producirá 127 millones de metros cúbicos de agua al año. En los próximos años las autoridades israelíes planean construir dos plantas desalinizadoras más debido al déficit de agua potable en el país. Además, los últimos años de sequía han obligado a los gobernantes israelíes a invertir casi un 5% de su Producto Bruto Interno (PBI) en investigación y desarrollo de la tecnología de la desalinización.

En América Latina algunos países cuentan con plantas desalinizadoras. Por ejemplo, en México existen aproximadamente 300 plantas, la mayoría de ellas muy pequeñas. Por su parte, Chile cuenta con una desalinizadora en Arica desde 1998 y algunas plantas en Antofagasta operadas por empresas mineras.

DESALINIZACIÓN EN EL PERÚ. Actualmente el país cuenta con algunas plantas desalinizadoras de menor envergadura para el consumo humano, proyectos agrícolas y hasta para la actividad minera. Este es el caso de la Minera Milpo, propietaria de una planta de ósmosis inversa implementada en el 2007 en la playa Jahuai, provincia de Chincha, en la región Ica. Puede procesar 90 litros por segundo (l/s), a un costo de US$ 2.4/m3.

No obstante, la planta más grande del país es de propiedad de la mina de fosfatos Bayóvar (Piura) que normalmente produce 204.3 m3/h de agua desalinizada. Paralelamente existen plantas desali­nizadoras para fines agrícolas.

¿CONTAMINACIÓN? Uno de los cuestionamientos a los procesos de desalinización planteados por organizaciones ambienta­listas es la disposición del agua residual con altas concentraciones de sal llamada salmuera.

Sin embargo, lo que hace la ósmosis es un cambio de concentraciones. Una planta puede devolver la mitad del agua captada del mar con una mayor concentración de sal. Esta se inyecta al mar mediante un emisor a distancias adecuadas y con el tipo apropiado de difusor para cada caso, entonces se da un proceso ósmosis directa. Si mido la salinidad a 5 ó 10 metros de la descarga encontramos que es ligeramente mayor a lo normal porque la cantidad de agua que se vierte es muy pequeña en comparación con la masa de agua en la que se inyecta.

PROVISUR. Hace algunas semanas el ministro de Vivienda, Construcción y Saneamiento, Carlos Bruce, comentó que hay “identificadas 19 plantas desalinizadoras y 25 PTAR adicionales, que en su conjunto sumarían más de 3,000 millones de dólares como inversión. Las plantas desalinizadoras estarían ubicadas a lo largo de la Costa del Perú. Es la forma más inteligente de abastecernos de agua potable porque no compromete recursos públicos. Existe bastante interés de los inversionistas por participar”, destacó.

En ese contexto, recientemente, el ministro anunció la primera planta desalinizadora del Perú, exclusiva para consumo humano. Afirmó que más de 100,000 habitantes de cuatro balnearios del sur de Lima (Punta Hermosa, Punta Negra, Santa María del Mar y San Bartolo).

El titular del sector, en compañía del gerente general de Sedapal, Michael Vega, colocó de forma simbólica la primera tubería de esta moderna planta que se ubicará en Santa María del Mar y cuya construcción demandará una inversión de S/ 308 millones, además de un plazo de 24 meses de ejecución.

Cabe señalar que, una vez culminada, la nueva planta desalinizadora tendrá una capacidad de producción de 400 litros por segundo, lo que permitirá mejorar la calidad de vida de la población de escasos recursos.

“Esperamos pronto poder ver muchas plantas desalinizadoras a lo largo y ancho de nuestro litoral, porque es una tecnología que tenemos que ver y que el MVCS está interesado en impulsar. En dos años retornaremos para abrir el primer caño con agua dulce que beneficiará a todos los vecinos que van a bajar el gasto que realizaban. Pasarán de más de 20 soles por metro cúbico por el agua de las cisternas a una tarifa mucho más razonable”, anotó el titular del MVCS.

PROYECTO. Esta obra forma parte del proyecto “Provisión de Servicios de Saneamiento para los distritos del Sur de Lima (Provisur)”, que también incluye la construcción de una nueva planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). Las aguas tratadas se utilizarán para el riego de áreas verdes o serán devueltas al mar a través de un conducto submarino de 780 m de longitud.

Vale recordar que el 12 de mayo de 2014 se suscribió el Contrato de Concesión entre el Estado de la República del Perú, representado por el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS) y la empresa Concesionaria Desaladora del Sur S.A (Codesur), conformada por Técnicas de Desalinización de Aguas S.A. (Tedagua) y Cobra Instalaciones y Servicios, ambas propiedad del español Grupo Cobra. El plazo de la concesión es de 25 años, contado a partir de la firma del contrato (2014).

Un primer componente comprometido consta en que el Concesionario debe realizar el mejoramiento de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Existentes en el distrito de Santa María del Mar actualmente de propiedad del MVCS (antes eran de la Asociación de propietarios del distrito de Santa María del Mar). Estas Plantas tienen un caudal promedio de 24 litros/seg. de tratamiento.

Este Componente ya fue ejecutado por la empresa y lo operó desde el 8 de noviembre de 2016 hasta el 24 de noviembre de 2017, fecha en que lo devolvió al MVCS, siendo Sedapal el encargado de operarlas.

Un segundo componente comprende la construcción de la planta desaladora y una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. Asimismo, la instalación y renovación de la Red de Distribución y Red de Alcantarillado en los distritos beneficiarios.

Este compromiso ya se encuentra en ejecución por Codesur desde el 25 de noviembre de este año, fecha en que se firmó el acta de inicio de su construcción.

Un tercer componente comprende ampliar la capacidad de tratamiento de la Planta Desaladora (hasta un caudal máximo diario de 400 litros/seg) y la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (hasta un caudal promedio de 180 litros/seg). Este se ejecutará conjuntamente con el segundo componente, de tal manera que en el plazo de dos años que dura la construcción de ambas plantas, entren en funcionamiento en su máxima capacidad.

Publicado en revista Agua y Saneamiento Ed. 3