El agua, otro mineral más

Por Javier Carrillo de Albornoz, Ingeniero de Minas

 

El agua es el mineral más necesario para la vida en la Tierra. En sus diversas formas y orígenes, afecta a la existencia de todos los seres vivos del planeta, ya sea por su escasez o por su abundancia.

 

El 71% de toda la superficie de la Tierra está cubierto por agua. Esto supone unos 1.460.000.000.000.000 m³, de los que el 97,5% es agua salada. Del resto, sólo el 0,007% está en ríos, embalses o lagos y, el resto, está principalmente en las masas de hielo de polos y glaciares.

 

Como pasa con los demás minerales, el agua no se puede utilizar en la mayoría de los casos directamente, sino que es necesario un tratamiento, que difiere según sea el origen del agua y, también según vaya a ser el uso que se le vaya a dar.

 

Fundamentalmente, el agua que usamos puede tener los siguientes orígenes:

-       Agua de mar

-       Agua de pantanos, ríos y embalses (agua dulce superficial)

-       Agua subterránea (acuíferos)

-       Agua antrópica (agua de segundo uso)

 

Según su aplicación, el agua puede emplearse para:

-       Agricultura (el 87% del agua se emplea para riego)

-       Consumo humano directo

-       Aplicaciones industriales

 

Según cual sea el origen y según cual sea la aplicación, el agua deberá recibir un tratamiento específico para cumplir con los requerimientos de calidad necesarios, que pueden ser tan simples como el simple embotellado (cuando se trata de aguas minerales para consumo humano) hasta procesos tan complejos como una depuración biológica seguida por un tratamiento con membranas de ósmosis inversa y un desmineralización (cuando se pretende reutilizar agua regenerada de un depuradora para alimentar una torre de refrigeración).

 

Veamos a continuación algunos de estos tratamientos.

 

Desalación de agua de mar

El principal problema para poder utilizar al agua de mar en la mayoría de las aplicaciones es su alta concentración de sales. Esta concentración no es homogénea, sino que varía de unos mares a otros. Así, el mar Báltico tiene una salinidad del 10 g de sal por kilogramo de agua mientras que en el mar Muerto es el 370 g/kg.

 

La eliminación de sales del agua de mar se hace, fundamentalmente, mediante dos procesos: La evaporación térmica y la ósmosis inversa. El primero, por su alto consumo energético, sólo se emplea en aquellas regiones donde la energía es extremadamente barata (fundamentalmente los paises de Oriente Medio).

 

La ósmosis inversa es un proceso que aprovecha una propiedad característica de ciertos compuestos que permiten, a determinadas presiones, el paso de agua a través de ellos pero impiden el paso de las sales.

 

En una planta de desalación por ósmosis inversa, el agua puede captarse a través de unos pozos playeros, que aprovechan la permeabilidad del terreno para que circule hasta ellos el agua, o mediante tomas abiertas, construcciones bajo la superficie del agua y a varios cientos de metros de la costa conectadas mediante tuberías con ella.

 

En ambos casos, el agua es bombeada desde las obras de captación hasta las plantas desaladoras, existiendo normalmente una desinfección previa.

 

Una vez en la planta de tratamiento, el agua se ajusta químicamente, se coagula y se filtra, normalmente a través de arena en una o dos etapas, con filtros de gravedad o a presión.

A continuación, el agua se rebombea a través de unos filtros de cartuchos de seguridad hasta las bombas de alta presión, que elevan el agua hasta alcanzar unos 65 bar, presión a la que las membranas de ósmosis inversa premiten el paso a través de ellas de aproximadamente el 50% del caudal bombeado.

 

Este 50% del caudal que atraviesa las membranas sin sales se denomina permeado. Al 50% restante, cuya concentración de sales se ha duplicado, es denominado rechazo, y conserva aún gran parte de la presión y, por tanto, de la energía consumida por el proceso.

 

Para recuperar esta energía y reducir los costes de explotación y el consumo energético, este rechazo se envía a los recuperadores de energía (turbinas, cámaras isobáricas, bombas), que permiten recuperar hasta el 90% de la energía empleada.

 

A continuación, el agua permeada, libre completamente de sales, debe ser acondicionada mediante una remineralización controlada, que dé equilibrio al agua y la haga apta para su consumo.

 

Regeneración

El agua que ya hemos usado puede ser regenerada hasta alcanzar calidades similares e, incluso, superiores, al agua que empleamos para abastecimiento.

 

El agua usada en las ciudades es recogida por las redes de alcantarillado que la conduce hasta las estaciones depuradoras o regeneradoras.

 

Allí, lo primero que se hace es un desbaste físico, mediante rejas y tamices de distintas luces de paso, para elimnar los sólidos de mayor tamaño que haya arrastrado el agua.

 

A continuación, se realiza mediante sedimientación un desarenado, que normalmente es acompañado por un desengrasado. Esto permite la eliminación de sólidos decantables de menor tamaño (como las arenas) y la eliminación de aceites y grasas complejos.

De ahí, el agua pasa a los reactores biológicos, donde colonias de bacterias se alimentan de la contaminación orgánica del agua, depurándola, mediante unos proceso denominado de fangos activados

 

Finalmente, al agua y las bacterias (fangos) son separados mediante sedimentación en los decantadores secundarios, quedando un agua depurada que puede ser vertida a cauce público.

 

Cuando se pretende la regeneración del agua, a continuación de los decantadores se suele instalar una filtración seguida normalmente por una desinfección mediante radiación ultravioleta.

 

Aplicaciones industriales

El agua en la industria se puede emplear en cientos de aplicaciones distintas. Cada una de ellas requiere de unas ciertas calidades y, por tanto, de un tratamiento específico para alcanzarla.

 

Tras la aprobación del RD 1620/2007 sobre reutilización de agua regenerada, las industrias han podido ampliar su abanico de posibilidades para el origen del agua que necesitan, ya que al tradicional uso de agua potable (ya fuera superficial o subterránea) se añadió el posible uso de agua regenerada.

 

Esta nueva fuente de agua presenta sobre todo una ventaja: Suele ser una fuente más fiable, ya que no depende de la climatología ni de la estacionalidad.

 

Además se trata de un uso más sostenible del agua y que permite liberar recursos para otras aplicaciones que los puedan demandar con mayor necesidad.

Las procesos de tratamiento evidentemente dependen de la calidad que se pretenda optener, que depnderá del uso que se le quiera dar, pudiendo ir desde una simple reja (para bombeo de grandes caudales de agua de mar para la refrigeración de las centrales térmicas) hasta procesos muy complejos con diversos tipos de membranas de ultrafiltración, ósmosis inversa y resinas de desmineralización para la industria farmacéutica.

 

 

Conclusiones

El agua es un mineral, posiblemente el más abundante de la corteza terrestre y, sin duda alguna, el más necesario para el ser humano. Como tal, los Ingenieros de Minas deben conocerlo en sus diversas formas, tratamientos y aplicaciones.

 

Su distribución no es uniforme y su consumo por el hombre varía enormente desde los 10 m³ por habitante y año de Kuwait hasta los 609.319 m³/hab/año de Islandia.

 

Como todos los minerales, no puede ser empleado tal y como se le encuentra en la naturaleza, sino que debe ser tratado para permitir su utilización. Dicho tratamiento dependerá tanto de su origen como de su finalidad.

 

Los procesos de tratamiento del agua están en continua evolución, ya que las calidades demandadas por nuestra sociedad son cada vez más estrictas.

 

El estudio y desarrollo de los procesos de tratamiento del agua, ya sea de origen natural o antrópico, teniendo en cuenta las distintas aplicaciones, debe ser uno de los campos de trabajo que más ocupe a los Ingenieros de Minas en los próximos años.