Desalación - acquamatter

Destiladoras potabilizadoras de agua | Destiladores plan hidrológico nacional | Destilador destiladora | Plantas desalinizadoras
DESALACIÓN POR DESTILADORAS Y ÓSMOSIS INVERSA
INTRODUCCIÓN
El agua es necesaria para el desarrollo de la vida así como para
numerosas actividades humanas. Además es un bien escaso por lo
que es necesario desarrollar sistemas que permitan un mejor
aprovechamiento del agua que existe en nuestro planeta.
No olvidemos que las estimaciones indican que la hidrosfera contiene
cerca de 1.386 millones de km3. Los océanos representan las tres
cuartas partes de la superficie terrestre y de ellas el 97,5 por cien tiene
una salinidad de más de un 3 por cien en peso, haciendo que no sirva
para usos agrícolas, industriales o humanos. El resto es agua dulce,
pero una 68,9 por cien está en forma de hielo permanentemente
(imposible usarla) y del resto de agua disponible, cerca del 30 por cien
son aguas subterráneas y el resto (0,3 por cien) se encuentra en ríos,
lagos, embalses, etc.
Otro aspecto muy importante a considerar dentro de la distribución de
los recursos hídricos del planeta es que no todos están disponibles, ni
tienen la calidad necesaria. Actualmente 26 países del mundo sufren
problemas de escasez (300 millones de personas), y la previsión para
el año 2050 es que sean 66 países los afectados por esta escasez.
En España se consumen un total de 22.771 millones de m3 al año y
de estos 1.554 se destinan al consumo industrial, 17.681,3 al secto
agrario y 3.535,70 al abastecimiento urbano. Como puede observarse
la mayor cifra corresponde al sector agrícola conviertiéndos en uno de
los principales demandantes de agua.
Datos del Instituto Nacional de Estadística (http://www.ine.es/)
CONCEPTO DE DESTILACIÓN
Este método consiste en separar los componentes de las mezclas
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basándose en las diferencias en los puntos de ebullición de dichos
componentes.
Cabe mencionar que un compuesto de punto de ebullición bajo se
considera “volátil” en relación con los otros componentes de puntos de
ebullición mayor. Los compuestos con una presión de vapor baja
tendrán puntos de ebullición altos y los que tengan una presión de
vapor alta tendrán puntos de ebullición bajos.
En muchos casos al tratar de separar un componente de la mezcla por
destilación en la fase gas se forma una especie de asociación entre
las moléculas llamada azeótropo el cual puede presentar un cambio
en el punto de ebullición al realizar la destilación.
Por ejemplo, para determinar humedad (porcentaje de agua) en
residuos sólidos se puede hacer uso de una destilación del azeótropo
agua-tolueno. Se agrega una cantidad de tolueno al sólido pulverizado
y se destila, se colecta el destilado en una trampa (Dean-Stark) y al
enfriarse se puede medir la cantidad de agua que queda en el fondo
de la trampa (El tolueno es menos denso que el agua y es insoluble
en ésta).
Los tipos de Destilación más comunes son: La Destilación Simple,
Destilación Fraccionada y la Destilación por Arrastre con Vapor. En la
Destilación Simple, El proceso se lleva a cabo por medio se una sola
etapa, es decir, que se evapora el líquido de punto de ebullición más
bajo (mayor presión de vapor) y se condensa por medio de un
refrigerante.
En la Destilación fraccionada el proceso se realiza en multi-etapas por
medio de una columna de destilación en la cual, se llevan a cabo
continuamente numerosas evaporaciones y condensaciones. Al ir
avanzando a lo largo de la columna, la composición del vapor es más
concentrada en el componente más volátil y la concentración del
líquido que condensa es más rica en el componente menos volátil.
Cabe mencionar que este tipo de destilación es mucho más eficiente
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que una destilación simple y que mientras más etapas involucre, mejor
separación se obtiene de los componentes.
En la Destilación por Arrastre con Vapor se hace pasar una corriente
de vapor a través de la mezcla de reacción y los componentes que
son solubles en el vapor son separados. Entre las sustancias que se
pueden separar por esta técnica se pueden citar los Aceites
Esenciales.
RECURSOS Y RENTABILIDAD DE LOS PROCESOS
Se estima que aproximadamente el 80 por cien del agua dulce se
consume en tareas agrícolas, fundamentalmente en el riego.
Cantidades significativas de agua se consumen en el ámbito industrial,
principalmente en la producción de energía.
Dado que los recursos hídricos son limitados, las tecnologías basadas
en la desalinización del agua de mar y el bombeo de agua a distancia,
pueden paliar de alguna forma la demanda de agua que existe
actualmente, pero esto por si solo no es la solución.
Además de estas tecnologías, es necesario gestionar bien el agua,
evitando pérdidas o despilfarros que existen por ejemplo en las
canalizaciones de riego, o en las redes de abastecimiento bien por
estar obsoletas, bien por no tener un manteniemiento adecuado.
Asímismo, es necesario un sistema de reciclado y reutilización de
aguas tanto en la agricultura como en la industria donde la demanda
de agua es tan elevada.
Se hace necesario el ahorro de agua en todos los sectores de
consumo, usando técnicas de riego que eviten el despilfarro, ahorro
en el consumo doméstico y su posterior depuración y reutilización.
Sin embargo, existen zonas áridas o aisladas del planeta que
necesitan de fuentes externas de agua para su desarrollo como la
desalación.
La desalación es un proceso que permite aumentar esos recursos,
pero tiene el inconveniente de ser una tecnología cara y no está al
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alcance de todos los países.
La utilización de técnicas de desalación, tanto de recursos salobres
como de agua de mar, constituye en determinadas circunstancias una
solución a la escasez sistemática de recursos hídricos en algunas
zonas. En España la desalación de agua alcanza actualmente
(Ministero de Medio Ambiente, 2000) unos 220 hm3/año, de los que
127 hm3/año corresponde a la desalación de agua salobre y 93 hm3/
año a agua de mar.
Del total de agua desalada, un 72 por cien se utiliza para uso urbano e
industrial y el resto para regadío. El desarrollo de las técnicas de
desalación, y especialmente aquellas que requieren un menor
consumo energético y mayor eficacia, han contribuido a mejorar el
rendimiento de las operaciones de desalación y a un menor coste de
producción, lo que ha incidido en considerar las aguas desaladas
como una alternativa más.
¿QUÉ ES LA DESALACIÓN? PLANTAS DESTILADORAS Y
ÓSMOSIS INVERSA
La desalación es un proceso de separación de sales de una disolución
acuosa, pero que puede ampliarse al proceso de separación del agua
de las sales, ya que existen tecnologías que realizan este proceso y el
fin último a perseguir es la separación de ambos componentes para
uso humano del agua dulce producto.
Los recursos hídricos susceptibles de desalación pueden tener
básicamente dos orígenes: agua de mar o agua subterránea
salinizada; estas últimas pueden proceder de acuíferos costeros en
contacto directo con el mar y de acuíferos aislados del mismo.
No existe en la actualidad en España, un inventario de las estructuras
geológicas que almacenan aguas salobres y que sean suceptibles de
aprovechamiento.
La disponibilidad de esta información podría resolver algunos de los
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problemas de escasez existentes en determinadas zonas. La
extracción de las aguas salobres disponibles en un acuífero, si no se
dispone de un conocimiento suficiente del mismo, y de una adecuada
programación de bombeos puede dar lugar a graves problemas de
deterioro de su calidad natural. Este caso puede darse tanto en
acuíferos conectados con el mar como no: así, unas extracciones mal
planificadas pueden incrementar los procesos de disolución de
formaciones salinas, o el avance no controlado de la interfaz.
Más información: J.A. López Geta, M. Mejías Moreno. LAS AGUAS SALOBRES.
UNA ALTERNATIVA AL ABASTECIMIENTO EN REGIONES SEMIÁRIDAS. Club
del Agua, julio 2000 (http://www.igme.es/internet/web_aguas/igme/publica/pdfs/
artycon21.pdf)
Esquema del proceso de desalación
[Pulsar sobre la imagen para verla
ampliada]
El sistema físico de eliminación de las sales del mar o destilación y
condensación sucesivas se conocía desde la antigüedad, pero
implicaba un consumo muy elevado de energía que lo hacía inviable
económicamente. En fechas más recientes se han desarrollado
nuevas tecnologías que permiten la obtención de agua dulce
(contenido en sales inferior a 500 ppm) a partir de agua de mar
(contenido en sales del orden de 35.000 ppm) a un coste aún elevado
pero progresivamente decreciente, que puede ser asumido por ciertos
usos, como el doméstico, donde es particularmente competitivo y
económico frente al suministro habitual de agua embotellada.
¡En la última década se ha conseguido rebajar el umbral de 60
céntimos de euro el m3 (100 ptas/m3)!
Los procesos técnicos de desalación de aguas marinas o salobres
continentales pueden dividirse en:
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●
Procesos de destilación: se divide a su vez en:
- Destilación térmica: la energía necesaria para la desalación es
obtenida de combusibles fósiles (carbón, gas natural, petróleo,
etc.)
- Por compresión de vapor: utiliza un compresor adiabático que
consigue dos sectores de diferentes presión, de tal manera que
se genera un flujo de vapor desde el sector de mayor presión y
temperatura de condensación hacia el inferior, lugar donde se
produce la condensación.
Diagrama de la compresión de vapor (CV) con evaporador de
tubos verticales (VTE). Fuente: La desalación como alternativa al
PHN.2001
- Destilación solar: adecuada para pequeñas comunidades en
regiones áridas o semiáridas. Tiene dos variantes según utilice
la energía del sol directamente o por captura del sol por
mediante cálulas solares.
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Esquema de un colector solar para destilación
Fuente: La desalación como alternativa al PHN.2001
●
●
Congelación: el agua salina se ve sometida a diversos sistemas
de refrigeración para posteriormente evaporare a baja presión en
un cristalizador al vacío . Así se obtienen cristales de hielo
mezclads con cristales se salmuera que pueden ser separados
mediante procesos mecánicos
Procesos de membrana: de gran difusión en la actualidad. Hay
dos tipos básicos:
- Ósmosis inversa: mediante la aplicación de presión mecánica
se logra contrarestar la presión osmótica natural, de forma que el
agua fluye desde la zona con mayor concentración de sales a la
de menor concentración hasta obtener agua pura.
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Proceso de ósmosis inversa
Fuente: La desalación como alternativa al PHN.2001
- Electrodiálisis: separación iónica a través de una serie de
membranas situadas sucesivamente y separadas entre sí
milímetros. La aplicación de campos eléctricos genera la
migración de iones que pasan por estas membranas que actúan
como tamices.
Proceso de electrodiálisis
Fuente: La desalación como alternativa al PHN.2001
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FECHAS Y CIFRAS DE DESALACIÓN EN ESPAÑA
A continuación se hace referencia a la evolución de la desalación en
España:
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●
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1964 Lanzarote. MSF
1970. Las Palmas I . 20.000 m3/día. Planta dual. MSF
1972 Lanzarote. C.V.
1976 O.I. en aguas salobres para la agricultura. Fuerteventura
1980. Las Palmas II. Planta M.S.F. de 18.000 m3/día
1984. Lanzarote 500 m3. Osmosis inversa en agua de mar
1986. Lanzarote II. Planta de O.I. de 7.500 m3/día para agua de
mar, con membranas de fibra hueca
1986. Maspalomas. 20.000 m3/día. EDR
1990 Las Palmas III Planta de O.I. de 36.000 m3/día, en la que
por primera vez a nivel mundial se utilizan las membranas
espirales en una gran planta
1993. Cabo de Gata. Primera instalación de O.I., para agua de
mar en la Península
1996. Desaladora de la Costa del Sol. 45.000 m3/día.
Membranas fibra hueca
1996-98 Desaladora Sureste. 7 membranas por tubo en una sola
etapa y un solo paso.25.000 m3/día
1998-2000 . Desaladora Adeje Arona. 20.000 m3/día
1999. Desaladora Bahía de Palma.45.000 m3/día
2000. Desaladora Las Palmas – Telde 37.000 m3/día MED
Fuente: José Antonio Medina San Juan. La desalación en España. Situación
actual y previsiones.
Dentro de la Conferencia Internacional: El Plan Hidrológico Nacional y la Gestión
Sostenible del Agua. Aspectos Medioambientales, reutilización y desalación
(http://circe.cps.unizar.es/waterweb/index.html)
En España existen en la actualidad más de 700 plantas desaladoras
tanto de agua salobre como de mar.
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La capacidad instalada en España es superior a los 800.000 m3/día
de las cuales
Desalación de agua de mar 47,1 por ciento
Desalación de agua salobre 52,9 por ciento
Desaladoras agua de mar mayores de 600 m3/día de capacidad:
4 Desaladoras de más de 20.000 m3/día
23 Desaladoras entre 2000 y 5000 m3/día
45 Desaladoras entre 600 y 5000 m3/día
72 Desaladoras de agua de mar de más 600 m3/día
Las grandes plantas desaladoras en España
En operación:
Las Palmas III
58.000 m3/día
Bahía de Palma
53.000 m3/día
Costa del Sol Occidental
45.000 m3/día
LOS COSTES DE LA DESALACIÓN
(Fuente: José Antonio Medina San Juan. La desalación del siglo XXI. Una
aproximación a los costes reales de la desalación de aguas salobres y de mar en
la agricultura. II Congreso Nacional de AEDyR. Alicante 21 y 22 de 2.001)
El tamaño de la planta, con independencia de que se trate de agua
salobre o de mar, tiene una influencia por la economía de escala que
se consigue y por tanto con la amortización.
Costes de inversión
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Agua de
Agua
mar
salobre
Tamaño en m3/ ptas/m3.
ptas/m3.día
día
día
<500
.
45.000
500-1.000
.
38.000
1.000-1.500
.
34.000
1.500-2.000
.
29.000
>2.000
.
25.000
>5.000 160.000 .
5.000-10.000 142.500 .
10.000-25.000 125.000 .
25.000-40.000 110.000 .
40.000-60.000 101.750 .
60.000-80.000 98.000 .
80.000-100.000 87.500 .
> 100.000 84.250 .
.
Para la amortización de las inversiones hay que tener en cuenta
períodos de tiempo y además hay que tener en cuenta que es
diferente según sea obra civíl o equipos ya que las inversiones son
diferentes así como los períodos de amortización.
Presupuesto
Agua de
Agua salobre
.
mar
Obra civil 20 por cien 10 por cien
Equipos 80 por cien 90 por cien
Amortizaciones
Agua de
Agua
mar
salobre
Obras civil
30 años 20 años
Equipos
15 años 10 años
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.
4 por cien
5 por cien
6 por cien
7 por cien
ptas/m3
20,1 a 38,2
21,7 a 41,2
23,3 a 44,3
25 a 47,5
ptas/m3
2,3 a 4,2
2,4 a 4,4
2,5 a 4,6
2,7 a 4,9
Costes de operación
Hay que considerar dos aspectos:
1. Consumo energético
2. Tarifa
Estos dos aspectos son considerados en la tabla siguiente:
Costes energéticos del agua desalada
Agua salobre
Precio
Coste
Total del
total
kwh
Kwh/
Kwh/ Kwh/
ptas
m3
m3
m3
1,1000 1,7832 11 19,62
1,1000 1,8962 11 20,85
1,1000 2,0092 11 22,10
1,1000 2,1222 11 23,34
1,1000 2,3352 11 25,69
1,1000 2,3482 11 25,83
Aumento
Profundidad
Transferencia R.O
Captación
salinidad
del pozo
Mts
Kwh/m3
Kwh/m3
Kwh/m3
50
75
100
125
150
175
Agua de mar
0,2260
0,3390
0,4521
0,5651
0,6781
0,7911
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2571
0,2571
0,2571
0,2571
0,2571
0,2571
.
0,4
3
3,4
7
En la tabla no han sido tenidos en cuenta los datos de explotación.
El principal factor limitante para el empleo de la desalación es casi
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23,80
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exclusivamente económico. Hoy todavía podemos decir que el coste
de la desalación de agua de mar marca el umbral al que se puede
obtener el recurso en las zonas costeras, lo que influirá deforma
decisiva en el estudio de las diversas alternativas que se planteen
para resolver los déficit existentes.
Dicho lo anterior, también hay que añadir que el coste del agua
desalada viene reduciéndose deforma muy importante en los últimos
años, como consecuencia básicamente de la reducción del coste
energético (principal componente del coste del agua desalada) y de
las mejoras tecnológicas y el desarrollo de mercados.
Cualquiera que sea la tecnología de desalación que se emplee, los
costes de la energía suponen siempre entre el 50 y el 75 por cien de
los costes reales de explotación, por lo que el posible aumento de la
desalación está muy directamente vinculado con el coste de la
energía, que, como se vio, tiende a ser estable o ir a la baja en los
últimos años.
Asimismo, la rebaja del coste del agua desalada no solo facilitará su
expansión, sino que puede servir de catalizador para dar un
importante salto tecnológico en el desarrollo de estos procesos.
En nuestro país, la previsión de incremento de la desalación a corto y
medio plazo, contando con las obras actualmente en fase de
construcción y aquellas de próxima ejecución, elevaría en más de 400
hm3/año la cifra actualmente producida, tal y como muestra el gráfico
de la Figura 371 del Libro Blanco del Agua.
Volúmenes de desalación actuales y
previsibles a corto y medio plazo en
distintos ámbitos de planificación
[Pulsar sobre la imagen para verla
ampliada]
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IMPACTO DE LA DESALACIÓN
(Fuente: Esperança Gacia y Enric Ballesteros. "El impacto de las plantas
desalinizadoras sobre el medio marino: la salmuera en las comunidades
bentónicas mediterráneas". http://circe.cps.unizar.es/spanish/waterweb/ponen/
gacia.pdf)
Existen dos procesos básicos por los que se extrae la sal del agua:
por destilación y por ósmosis inversa.
El impacto que tienen ambos procesos en el medio marino es
parecido y resulta principalmente del vertido de las aguas residuales,
aunque también existe cierto impacto derivado del proceso de
captación de aguas.
Las aguas residuales resultantes de la desalinización tienen un
contenido mayor en sales que las aguas de origen, presentan
diferencias de temperatura, de pH, de alcalinidad y contienen
sustancias químicas utilizadas durante el proceso de depuración. En
el caso de las plantas que funcionan por destilación el vertido
representa de 8 a 10 veces el volumen de agua depurado, mientras
que en plantas de ósmosis inversa el volumen residual es menor que
en las anteriores (2.5 a 3 veces el volumen depurado) pero el vertido
tiene un contenido en sales mucho
mayor.
En ambos casos hay que añadir el vertido de productos químicos
(biocidas, anti-incrustantes y anti-espumantes) resultado del
tratamiento del agua, así como también los vertidos puntuales que
resultan del limpiado de las membranas y que constituyen aportes
muy concentrados de sólidos en suspensión y detergentes.
Tradicionalmente se ha considerado que el impacto químico del
proceso de ósmosis inversa era despreciable por verter a
concentraciones muy bajas (Morton et al. 1996). Sin embargo muchos
de los componentes de los vertidos (ver tabla) tienen un impacto
demostrado sobre el medio marino y, en algunos casos (e.j. metales)
no tanto por su concentración sino por la carga que representan.
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Compuestos
Origen/Función
Impacto
Metales pesados: Cu, Fe,
Ni, Cr, Zn
corrosión
acumulación en el sistema,
estrés a nivel molecular y
celular
Fosfatos
anti-incrustantes
macronutriente, eutrofización
BELGARD'2000 (Ac.
Málico)
anti-incrustantes
desconocido
Cl-
antifouling
formación compuestos
halogenados, carcinógenos
y mutágenos
Ácidos grasos
tensoactivos
membranas celulares
Sulfuro de sodio
anticorrosivo, captura
O2
desconocido
Ácido sulfúrico
anti-incrustante
en grandes cantidades baja
significativamente el pH del
sistema
Residuos sólidos
limpieza de
membranas
turbidez
Salmuera
concentrado de agua
de mar
variable
Temperatura
tratamiento
variable
Recomendaciones:
Localización en zonas donde el impacto sobre las comunidades
bentónicas sea mínimo (preferentemente verter en fondos sin
vegetación).
●
●
●
Evitar bahías cerradas y sistemas con importante valor ecológico
(e.g. praderas de angiospermas marinas)
Los vertidos de salmueras deben situarse en zonas con un
hidrodinamismo medio o elevado que facilite la dispersión de la
sal
Evitar cambios importantes en el régimen hidrodinámico que
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●
●
puedan afectar procesos de sedimentación e intentar que el
agua de origen sea de buena calidad para minimizar el
tratamiento químico posterior
Investigar los distintos aspectos del impacto de salmueras en el
litoral
Son necesarios estudios del impacto de cada elemento del
vertido por separado y también de sus posibles interacciones así
como establecer cuales son los límites de tolerancia de las
distintas
LEGISLACIÓN RELACIONADA
●
●
●
●
●
Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de julio, por el que se
aprueba el texto refundido de la Ley de Aguas.
Real Decreto 1327/1995, de 28 de julio, sobre las instalaciones
de desalación de agua marina o salobre.
Ley 54/1997, de 27 noviembre, del Sector Eléctrico. (Vigente
hasta el 1 de enero de 2002).
Ley 12/1990, de 26 de Julio, de Aguas (BOCA nº 94, de
27.07.90)M.A.: 1990/1927.
Corrección de errores de la Ley 12/1990, de 26 de julio de
aguas.
La normativa vigente española referida a la calidad de las aguas
requeridas, el Real Decreto 1138/1990 de 14 de Septiembre adapta a
la legislación española la Directiva Europea 80/778/CEE de 15 de
Julio sobre la misma materia. En él se definen las características de
un agua potable, con las concentraciones máximas que no pueden ser
rebasadas y además fija unos niveles guía deseables para el agua
potable. El decreto divide los parámetros en:
●
●
●
●
●
●
Organolépticos
Fisico-químicos
Sustancias no deseables
Sustancias tóxicas
Microbiológicos
Radiactividad
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Las Comunidades Autónomas podrán fijar excepciones siempre que
no entrañen un riesgo para la salud pública. El apartado específico por
aguas ablandadas o desaladas se fija en tres parámetros:
●
●
●
pH: debe estar equilibrado para que el agua no sea agresiva.
Alcalinidad: debe tener al menos 30 mg/l de HCO3 - .
Dureza: debe tener al menor 60 mg/l de Ca ++ , que implica un
acondicionamiento químico del agua producto desalada.
Posteriormente, la Directiva Europea 98/83/CEE de 3 de Noviembre
establece unos nuevos requisitos mínimos a cumplir a partir de dos
años después de su edición. Incluye una serie de parámetros divididos
en tres partes:
●
●
●
Microbiológicos
Químicos
Indicadores (valores guía)
Finalmente, existe una propuesta del EUREAU sobre el reglamento
Técnico Sanitario para suprimir los niveles guía, revisar las
concentraciones máximas admisibles del sodio, sulfatos y nitritos,
basándose en estudios científico-sanitarios. También pide
reconsiderar la inclusión de un nivel fijo para el calcio y el potasio, y
una concentración máxima para los nitritos.
Según el Texto refundido de la Ley de Aguas:
Aguas continentales: las aguas salobres continentales forman parte
del Dominio Público Hidráulico, por lo que su desalación está
sometida al régimen previsto en el Texto Refundido de la Ley de
Aguas (TRLA) para la explotación del Dominio Público Hidráulico, y
precisa la previa concesión o autorización (art. 13 del TRLA).
Aguas del mar: la puede realizar cualquier persona física o jurídica
sin que tal actividad requiera concesión o autorización en materia de
Dominio Público Hidráulico. No obstante ello no excluye la obligación
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Destiladoras potabilizadoras de agua | Destiladores plan hidrológico nacional | Destilador destiladora | Plantas desalinizadoras
de obtener otras autorizaciones en materia de Dominio Público
Hidráulico,por posibles vertidos, etc., así como la de obtener otras
posibles autorizaciones o licencias necesarias para el desarrollo de tal
actividad, licencia de obras, etc. (artículo 13 del TRLA).
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
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