Las plantas de desalización se han convertido en una línea de vida para las regiones de escaso de agua alrededor del mundo, transformando agua marina o agua mojada en agua potable fresca. Sin embargo, para cada litro de agua fresca producida, se genera un flujo concentrado de sales, minerales y residuos químicos, conocidos como salmuera.

Comprender la composición de los santuarios y los desafíos ambientales

La composición de la osmosis inversa (RO) no es simplemente agua salada. Durante la desalinización, las membranas inversas o los procesos de destilación térmica rechazan los sólidos disueltos, concentrándolos hasta dos o tres veces la salinidad del agua fuente. La brisa de desalinización típica del agua del mar tiene una concentración total de sólidos disueltos (TDS) de 60.

La eliminación de salmuera inadecuada puede afectar gravemente a los ecosistemas marinos. Cuando se descarga directamente en el océano, los densos fregaderos de agua desnivelados pueden reducir los niveles de oxígeno y aumentar la salinidad en hábitats bentónicos. Esto puede matar camas de mar, dañar los arrecifes de coral y alterar el comportamiento de organismos marinos equivalentes.

Estrategias innovadoras para la gestión de los santuarios

El cambio de ′′′′′′′′′′′ de recuperación de recursos ′ es la redefinición de la gestión de la brisa. A continuación se presentan los enfoques más prometedores, desde técnicas establecidas a tecnologías emergentes.

1. Disolución y descarga mejoradas

Aunque la dilución simple antes del flujo del océano sigue siendo común, los diseños modernos utilizan difusores diseñados para lograr una rápida mezcla y reducir el área de impacto. Difusores multiport instalados en el fondo marino pueden acelerar la dispersión de la brisa, limitando los picos de salinidad a unos pocos metros de la caída.

2. Extracción mineral valiosa

El magnesio, ampliamente utilizado en aleaciones y productos farmacéuticos, puede precipitarse como hidroxido de magnesio (Mg(OH)2), añadiendo los costos de eliminación de cal o sodio. El bromo, valorado en los retardantes de la llama y los productos farmacéuticos, se extrae mediante cloración y despojo de aire.

3. Producción de sal a través de la evaporación solar

En regiones con abundante sol y tierra disponible, el borde puede ser dirigido en una serie de estanques de evaporación poco profundos. A medida que el agua se evapora, las sales cristalizan en etapas: carbonato de calcio primero, luego yeso, y finalmente cloruro de sodio. El licor restante, conocido como amargo, es rico en magnesio, potasio y bromo y se puede procesar más.

4. Cultivación de acuicultura y halofita

Un enfoque de la economía circular emergente utiliza la brisa diluida para cultivar organismos de toleno de sal. Los halofitos (plantas de saltolerancia) como Salicornia y Suadea pueden ser regados con brisa diluida y cosechadas para alimentos, piensos animales o bioloides.

5. Recarga de líquido cero (ZLD) y desgravación de líquidos mínimos (MLD)

Los sistemas ZLD buscan recuperar casi todo el agua de la brisa, dejando sólo un desperdicio sólido seco. Estos sistemas suelen combinar los procesos de membrana (por ejemplo, osmosis inversa, electrodialisis inversa) con evaporadores térmicos y cristalizadores. Mientras que la recuperación de la energía aumentada y aumenta el nivel de rendimiento de la energía, los avances recientes en la destilación de la membrana (MD) y la osmosis avanzada (FOLT) prometen un consumo de energía.

Tecnologías emergentes en el Horizonte

Varias tecnologías avanzadas se están moviendo del laboratorio a escala piloto, ofreciendo el potencial de reducir el volumen de salmuera y el uso de energía simultáneamente.

Destilación de membrana (MD)

MD es un proceso de conducción térmica donde la brisa caliente transfiere vapor a través de una membrana hidrofóbica, que luego se condensa como agua fresca. MD puede utilizar el calor de residuos de baja calidad de procesos industriales o colectores solares térmicos, lo que hace atractivo para las plantas de desalinización colocadas. Funciona a presión atmosférica y es menos propenso a la manipulación que el RO convencional, pero las membranas actuales están desarrollando bajas flux.

Osmosis (FO)

FO utiliza una solución de cajo con alta presión osmótica para extraer agua de la salmuera a través de una membrana semipermeable. La solución de cajo diluido se separa para producir agua fresca y solución de cajo reconcentrado. FO puede lograr una alta concentración de brino sin presión hidráulica, reduciendo la carga de membrana y la demanda de energía.

Electrodialisis (ED) y Electrodialisis Inversa (RED)

ED utiliza un campo eléctrico para transportar iones a través de membranas selectivas, concentrando la salmuera en un lado y diluyendo otro flujo. Es bien diseñado para brisas de moderada-salinidad y puede ser integrado con RO para aumentar la recuperación general. RED, por otro lado, genera electricidad mezclando la salmuera con agua de baja-salinidad a través de membranas de intercambio de iones.

Deionización capacitiva (CDI)

CDI elimina iones disueltos aplicando un campo eléctrico de baja tensión, atrayendo iones a electrodos de carbono poroso. Se utiliza principalmente para el agua salobre, pero la investigación reciente ha explorado su potencial para el pulido de sal. El CDI de baja electricidad (FCDI) utiliza la llanta de carbono que fluye para lograr el funcionamiento continuo y la eliminación de sal más alta.

Constructores económicos y marcos de políticas

La transición hacia la valorización de la brisa se está acelerando tanto por factores económicos como por regulaciones. Los costos de eliminación varían ampliamente: los permisos de salida de los océanos llevan honorarios, la inyección de pozos profundos requiere permisos complejos, y los estanques de evaporación demandan grandes áreas de tierra. Mientras tanto, el mercado de magnesio ($2,700/ton), carbonato de litio (conjunto de $13.000/ton) ofrece un análisis de ingresos genuinos.

Las medidas políticas también están desempeñando un papel. El Plan de Acción de Economía Circular de la Unión Europea alienta la recuperación de materias primas críticas de corrientes de desechos, incluida la brisa de desalinización. Algunas naciones del Medio Oriente ahora tienen tasas mínimas de recuperación de agua y objetivos de uso de brincos para nuevas instalaciones de desalinización. Las evaluaciones de impacto ambiental requieren cada vez más a los operadores demostrar que la descarga de salmuera no perjudica los ecosistemas marinos sensibles.

Sin embargo, siguen existiendo barreras. El alto costo de capital de sistemas avanzados como cristalizadores, la variabilidad en la composición de la brisa, y la falta de protocolos de diseño estandarizados dificultan la adopción generalizada. Muchos enfoques prometedores funcionan mejor sólo para las certidumbres específicas. Por ejemplo, altas concentraciones de silica o calcio pueden escalar las membranas y los intercambiadores de calor, que requieren un tratamiento adicional.

Sistemas integrados: un enfoque circular

En lugar de tratar cada tecnología en forma aislada, los diseños más prospectivos combinan múltiples procesos para maximizar la recuperación de recursos. Un esquema integrado típico podría implicar:

  1. RO desalación produciendo agua fresca y salmuera.
  2. Una primera etapa de recuperación usando NF o FO para extraer la mayor parte del agua y producir un concentrado rico en iones divalentos.
  3. Reactores de precipitación mineral para recuperar el magnesio, calcio y estroncio como productos de carbonato o hidroxido.
  4. Una segunda etapa de membrana (por ejemplo, MD o ED) para concentrar aún más el flujo al producir agua fresca adicional.
  5. Un evaporador-cristallizador para producir cloruro de sodio sólido y otras sales, dejando un residuo mínimo de residuos.
  6. Esmalte final opcional con intercambio de iones para capturar el rastro de litio, bromo o rubidium.

Tal sistema puede alcanzar más del 98% de recuperación de agua, producir múltiples productos comercializables, y reducir el volumen de salmuera que requiere eliminación a menos del 2% del flujo original. La energía para los pasos térmicos puede ser suministrada por calor solar o desperdicio de la propia planta de desalinización, bajando la huella de carbono. Varios proyectos de demostración, incluyendo el proyecto °ReWater en Chile y la Iniciativa piloto de extracción de orina

Conclusión

La gestión de las plantas de desalinización ya no es una cuestión de cómo deshacerse de ella, sino cómo aprovechar su potencial. De los diseños de difusores mejorados que minimizan el impacto ecológico a las membranas de corte que extraen cada gota de agua y cada gramo de mineral, la caja de herramientas para la gestión de las salinas se está expandiendo rápidamente.