Tecnologías Clave en el Tratamiento de Aguas: Fangos, Desalación y Ósmosis Inversa

Tratamiento de Fangos

Este apartado describe el origen, composición y los principales métodos de tratamiento de los fangos generados en procesos de purificación de agua.

Origen y Composición de los Fangos

• Origen de los fangos: Pueden provenir del desbaste, de tanques de decantación o del lavado de filtros.
• Composición del fango: Generalmente incluyen plancton, materias inorgánicas y orgánicas, e hidróxidos metálicos. Si se utiliza coagulación-floculación, son necesarios estudios de optimización para su gestión.

En general, estos fangos son menos problemáticos que los lodos generados en plantas de tratamiento de aguas residuales.

Métodos de Tratamiento de Fangos

El objetivo principal de los tratamientos de fangos es eliminar el agua contenida en ellos para reducir su volumen y facilitar su manejo.

• Espesado: Normalmente realizado en un decantador circular, busca aumentar la concentración de sólidos.
• Con lechos de secado: El secado se produce por drenaje natural y evaporación, aprovechando las condiciones ambientales.
• Utilizando medios mecánicos: Incluye técnicas como el centrifugado, la filtración al vacío o el uso de filtros prensa, que aceleran la deshidratación.

Desalación de Aguas Marinas y Salobres

La desalación es un proceso fundamental para obtener agua dulce a partir de fuentes salinas, como el agua de mar o aguas salobres. A continuación, se presentan algunos de los métodos más relevantes.

Principales Métodos de Desalación

• Destilación de efecto múltiple: Este método aprovecha la diferencia de temperatura de ebullición entre el agua dulce y el agua salada para evaporar y condensar el agua en múltiples etapas, aumentando la eficiencia.
• Destilación utilizando energía solar térmica: Una alternativa sostenible que emplea la energía del sol para calentar el agua y facilitar su evaporación.
• Sistema de Desalación utilizando bomba de calor - Proyecto AQUASOL: Un enfoque innovador que utiliza bombas de calor para optimizar el proceso de desalación, como se ejemplifica en el Proyecto AQUASOL.

Procesos de Membrana en el Tratamiento de Aguas

Los procesos de membrana son tecnologías clave en la purificación de agua. Un filtro de membrana consiste en una película microporosa muy delgada, soportada sobre una estructura porosa más ancha. Estas membranas están constituidas con materiales poliméricos como acetato de celulosa, triacetato de celulosa, poliamidas, materiales cerámicos y otros componentes especializados.

Clasificación de Membranas por Tamaño de Sustancias

Según el tamaño de las sustancias que pueden separar, las membranas se clasifican en:

• Filtración de partículas convencionales: Capaces de retener partículas con un tamaño superior a 5000 nm.
• Microfiltración: Diseñada para separar partículas con un tamaño entre 100 y 5000 nm.
• Ultrafiltración: Eficaz para la separación de sustancias con un tamaño entre 2 y 100 nm.

Procesos de Membrana Más Importantes

Dentro de las tecnologías de membrana, los procesos más importantes y ampliamente utilizados son:

• Ósmosis inversa
• Electrodiálisis

Ósmosis Inversa: Fundamentos y Aplicaciones en Desalación

La ósmosis inversa es un proceso de separación por membrana que se utiliza ampliamente para la desalación y purificación de agua. En este proceso, soluciones S₁ (diluida) y S₂ (concentrada) están separadas por una membrana semipermeable. Al aplicar una presión externa, el agua pasa de la zona de mayor concentración de solutos a la de menor concentración, dejando atrás las sales y otras impurezas.

Presión Osmótica y su Relevancia

La Presión osmótica (π) es la presión mínima que debe aplicarse a una solución para evitar el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable. Se calcula mediante la fórmula: π = M R T i, donde 'M' es la molaridad, 'R' la constante de los gases, 'T' la temperatura absoluta, e 'i' es el factor de Van’t Hoff (que depende de la disociación del NaCl).

Para que se produzca la ósmosis inversa, se debe aplicar una presión externa superior a la presión osmótica (Δπ). Esto contrarresta el flujo osmótico natural, forzando el paso del agua de la zona de mayor concentración de sales a la de menor concentración, obteniendo así agua purificada.

Para la desalación de agua de mar, la presión requerida es de aproximadamente 55 atmósferas; para aguas salobres, la presión necesaria es considerablemente menor.

Factores que Influyen en el Coste de una Instalación de Ósmosis Inversa

El coste operativo y de inversión de una planta de ósmosis inversa está influenciado por varios factores clave:

• Energía utilizada: Constituye una parte significativa del coste. Se requiere menor cantidad de energía con agua salobre al aplicar menor presión.
• Mantenimiento y reposición de las membranas: Las membranas son componentes críticos y su vida útil depende de un buen mantenimiento, lo que impacta directamente en los costes de operación.

Consideraciones Adicionales para la Ósmosis Inversa

• El agua de entrada necesita un pretratamiento riguroso para eliminar sólidos en suspensión y microorganismos, protegiendo así las membranas.
• El rechazo del proceso es una salmuera con una elevada concentración de iones, lo que puede generar un posible impacto ambiental si no se gestiona adecuadamente.
• Para aumentar el rendimiento y la eficiencia del proceso, es común utilizar configuraciones con procesos en serie.

Etapas de una Planta de Ósmosis Inversa para Desalación

Una planta típica de ósmosis inversa para desalación consta de las siguientes etapas:

1. Captación del agua fuente (marina o salobre).
2. Pretratamiento para acondicionar el agua antes de la membrana.
3. Filtración por Ósmosis Inversa, donde se produce la separación de sales.
4. Recuperación energética, para optimizar el consumo de energía del sistema.