Necesidad de desalar agua

Número 20, Diciembre del 2008
Necesidad de desalar agua
César Calderón Mólgora
De acuerdo con el Programa Hidrológico Internacional
(PHI) de la UNESCO, se considera que un país tiene una
disponibilidad promedio de agua si ésta es de de entre
5 100 y 10 000 m3/hab/año; México se encuentra en el
intervalo de baja disponibilidad, tal como se muestra en
la Figura 1.
Figura 1. Disponibilidad de agua en el mundo.Fuente:World Water
Resources at the beginning of the 21st Century.
Contar con un suministro confiable de agua, esto
es, que satisfaga las necesidades de una nación en
cantidad y calidad, es una condición indispensable
para su desarrollo armónico. México, por su ubicación
geográfica y su topografía, cuenta con una gran
variedad de climas, lo cual provoca que la distribución
del recurso no sea uniforme en el país, como tampoco lo
es la distribución de la población ni la de las actividades
productivas.
La Comisión Nacional del Agua (Conagua), institución
responsable de la administración de los recursos hídricos
de la nación, publica anualmente el estudio denominado
Estadísticas del agua en México, en el que documenta
el estado actual del agua en el país; dichas estadísticas
son nacionales, pero se desagregan a escala de región
hidrológica y de entidad federativa. El estudio puede
ser consultado en el portal de la propia Conagua. Por
lo mismo, no se abundará aquí al respecto; sólo se
resaltan algunos hechos importantes para entender la
necesidad de desalinizar agua.
La cantidad de este recurso que escurre y se almacena
sobre el territorio nacional es más o menos constante:
“Anualmente México recibe del orden de 1.51 billones
de metros cúbicos de agua en forma de precipitación.
De ésta, el 72.5% se evapotranspira y regresa a la
atmósfera; el 25.6% escurre por los ríos y arroyos y
el 1.9% restante se infiltra al subsuelo y recarga los
acuíferos, de tal forma que anualmente el país cuenta
con 465 mil millones de metros cúbicos de agua dulce
renovable, a lo que se denomina “disponibilidad natural
media”. Al relacionar el volumen total disponible con la
población total, se obtiene el cociente de disponibilidad
natural media de agua per cápita. Para el año 2000 fue de
4,771 m3/hab/año y, de acuerdo con las proyecciones del
Consejo Nacional de Población (Conapo), la población
nacional llegará a 115.44 millones de habitantes en
2020. En consecuencia, la disponibilidad media per
cápita ese año será de 4,028 m3/hab/año, tal como se
muestra en la Figura 2.
la calidad del agua, que al tener un alto contenido de
sales hace necesario un tratamiento para disminuir
esa concentración y que el agua sea susceptible de
aprovechachamiento urbano.
Otros datos importantes son que en las regiones de
fuerte presión antrópica sobre el recurso hídrico habita
el 72.6% de la población, que abarcan el 72% de la
superficie territorial y que en ellas se genera el 80% del
producto interno bruto.
Figura 2. Variación de la disponibilidad natural de agua per
cápita desde 1950. (Fuente: Modificado de Estadísticas del agua
en México 2008. Los datos para 2010 y 2020 se basan en las
proyecciones de la Conapo.)
¿Cuánta agua representa?
En resumen, además de estos últimos datos, se puede
considerar que es previsible que los polos de desarrollo
asentados en estas regiones tengan crecimiento
demográfico tanto por su propia dinámica poblacional
como por la llegada de otras personas en busca de
oportunidades. A este crecimiento se verá aparejada una
mayor demanda de agua. ¿Cuáles son las perspectivas
para satisfacerla?
Disponer de 4,028 m3 de agua por persona parece
volumen suficiente; equivale a 11 m3 por persona al
día. Sin embargo, ese volumen no es para uso directo
de cada habitante, sino que debe cubrir la parte
proporcional del individuo en todos los usos del agua:
agropecuario, industrial, abasto público, generación
termoeléctrica e hidroeléctrica, así como usos
ambientales y recreativos.
Otro concepto importante manejado en Estadísticas del
Agua en México es la presión sobre el recurso hídrico
que se define como el porcentaje que representan
los usos consuntivos con respecto a la disponibilidad
natural del agua. Cuando el porcentaje es mayor que
el 40% se dice que la presión antrópica ejercida sobre
el recurso hídrico es fuerte. El promedio nacional es
de 17%, que es una presión moderada. Sin embargo,
al desagregar el grado de presión entre las diferentes
regiones hidrológico-administrativas el panorama
cambia, ya que 8 de 13 regiones presentan un grado
de presión fuerte.
Asimismo, la mayor parte de las zonas metropolitanas
de más de 500 000 habitantes se ubica en esta zona.
La Figura 3 muestra los grados de presión antrópica de
las distintas regiones del país e incluye la ubicación de
las principales áreas urbanas.
En el año 2007 se reportaron 102 acuíferos
sobreexplotados y todos ellos se ubican en regiones
clasificadas como de presión fuerte sobre el recurso. Por
otra parte, además de la condición de sobreexplotados,
los acuíferos de Meneadero y San Quintín, en Baja
California; Santo Domingo, en Baja California Sur;
Caborca, Costa de Hermosillo, Valle de Guaymas y San
José de Guaymas, en Sonora, presentan problemas de
intrusión salina. Esto último va en detrimento de
Figura 3. Grado de presión antrópica sobre el recurso hídrico
en las distintas regiones hidrológico-administrativas del país.
(Fuente: adaptado de los capítulos 1 y 3 de Estadísticas del agua
en México 2007).
La utilización óptima del agua en sus distintos usos es
sin duda un tema de gran importancia, sobre el que
hay que hacer grandes esfuerzos. Otra realidad es que
existe la necesidad de aumentar la oferta de agua con
el fin de impulsar y sostener el desarrollo regional.
La importación de agua de otras cuencas hacia estas
regiones no es viable. Lo es sólo en zonas muy
localizadas, y por ello es necesario plantear soluciones
a la creciente demanda de agua en ese gran segmento
del país.
Al respecto, las posibilidades de aumentar el volumen
de suministro en las regiones costeras apuntan sobre
todo a la desalinización del agua de mar, especialmente
en estados como Baja California, Baja California Sur y
Sonora. En las regiones no costeras, la utilización de
cuerpos de agua de baja calidad, pero de tratamiento
intensivo, y el reúso de agua residual tratada para
aplicaciones distintas a la agricultura, parecen ser las
alternativas viables. Pero, ¿existe la tecnología para
ello?
Los procesos de membrana son la alternativa técnica
más robusta para desalinizar agua de mar, desalinizar
aguas salobres continentales y obtener agua de calidad
apta para el abasto público urbano, a partir de agua
residual tratada.
Procesos presurizados
Los procesos de membrana se dividen de acuerdo con
su principio de actividad. Los que mayor desarrollo han
tenido en los últimos diez años son aquéllos cuya fuerza
motriz es la presión: ósmosis inversa y nanofiltración.
En esencia, ambos procesos parten del mismo concepto:
forzar el paso del agua con minerales disueltos a través
de una membrana semipermeable, misma que permite
el paso del agua a través suyo al mismo tiempo que
impide el paso de los aniones y cationes disueltos.
La diferencia radica en el tamaño de los poros de las
membranas de ósmosis inversa y de nanofiltración:
los diámetros de los de las primeras varían entre
10-4 y 5X10-3 µm, mientras que las membranas de
nanofiltración presentan poros de entre 10-3 y 3X10-2
μm.
Las membranas de ósmosis inversa operan típicamente
entre 10 y 20 bar de presión para aguas salobres, y
entre 40 y 60 bar para agua de mar. Por su parte, las
membranas de nanofiltración operan a presiones entre
6 y 10 bar.
la incrustación de las membranas, aun cuando una o
varias de las sustancias antes mencionadas estén
disueltas en el agua a tratar. El nivel de recuperación
del agua desalada, en el caso de aguas salobres, está
en función de la capacidad incrustativa de la propia
agua. Para el agua de mar, las limitantes son la presión
máxima que puede resistir una membrana y el recipiente
presurizado que la contiene.
Dada la importancia que los procesos de desalinización
a través de membrana empiezan a tomar en el contexto
nacional, en el IMTA se instaló el laboratorio de procesos
de membrana, el cual fue inaugurado por el Ing. Juan
Elvira Quezada, Secretario del Medio Ambiente y
Recursos Naturales, el 21 de octubre de 2008. Las
instalaciones se ubican en la sección suroeste del
laboratorio Enzo Levi, y consisten en unidades piloto de
ósmosis inversa para agua de mar, para agua salobre
y de nanofiltración, para producir hasta 1 l/s de agua
producto.
Asimismo, se cuenta con una unidad de filtración en
arena y una de microfiltración. Ambas tienen la capacidad
para eliminar materia en suspensión, no disuelta, pero el
tamaño de partícula que retienen es diferente: mientras
que la microfiltración retiene partículas de hasta 0.1 μm
de diámetro, en el filtro de arena se retienen partículas
de hasta 50 μm. Ambas unidades funcionan como
pretratamiento de las unidades de ósmosis inversa y de
nanofiltración, pero en cada una de ellas la aplicación
Una membrana de ósmosis inversa presenta una
retención mínima de sales de entre el 99.2 y el 99.5%
de las mismas, mientras que una membrana de
nanofiltración oscilará entre el 84 y el 95 por ciento.
Es muy importante que el agua de alimentación, tanto a
la ósmosis inversa como a la nanofiltración, estén libres
de turbiedad y de materiales suspendidos, ya que estos
tienden a depositarse en la superficie de las membranas
y terminan por obstruirlas. Por ello es necesario aplicar
un pretratamiento.
Planta piloto de ósmosis inversa para agua de mar. (Foto: R. C.)
Por otra parte, el tipo y la concentración de sales
disueltas presentes en el agua pueden incrustarse en
las membranas. Sustancias incrustantes comúnmente
encontradas en aguas subterráneas son: carbonato y
sulfato de calcio, sílice, carbonato de estroncio, sulfato
de bario, sulfato de estroncio, fluoruro de calcio, silicato
de calcio, silicato de magnesio y fosfato de calcio.
Agregando sustancias como el hexametafosfato de
sodio, ácidos poliacrílicos y fosfonatos se puede evitar
es distinta. Por ejemplo, cuando la fuente de agua
sea un pozo salobre o playero, el filtro de arena es
adecuado como pretratamiento; si la fuente fuera agua
superficial, agua residual tratada o toma abierta en el
mar, la adecuada sería la unidad de microfiltración.
Con estos equipos se harán pruebas de tratabilidad
in situ, con el objeto de obtener parámetros de diseño
para que las plantas desalinizadoras ofrezcan el mejor
rendimiento posible según las características de la
región donde tales plantas vayan a instalarse.
Por otra parte, las membranas son susceptibles de
fallar, por lo que una sección del laboratorio se dedica
precisamente al análisis de las membranas. Se cuenta
con un banco de pruebas para determinar si ofrecen
o no un rendimiento adecuado, ya sea en el volumen
que pueden tratar, o en la cantidad de minerales
disueltos que remueven. Si en el banco de pruebas
se determina que efectivamente la membrana no
funciona adecuadamente, entonces hay que abrirla
(pruebas destructivas) y determinar la causa de su mal
funcionamiento. Este análisis se conoce como “Autopsia
de membranas”.
Mesa para autopsia de membranas. (Foto: R. C.)
Referencias
Comisión Nacional del Agua, Estadísticas del Agua en
México, 2007, Segunda reimpresión, México, 2007.
Comisión Nacional del Agua, Estadísticas del Agua en
México, 2008, Primera. edición. México, 2008.
Medina San Juan, José Antonio, Desalación de aguas
salobres y de mar. Ósmosis inversa, Ediciones MundiPrensa, Primera edición, Madrid, 1999.
Saehan Industries, Inc., Technical Manual Reverse
Osmosis Membrane, Seúl, 2006.
www.saehancsm.com
Planta piloto de Nanofiltración. (Foto: R. C.)
UNESCO, Plan Hídrico Internacional, World Water
Resources at the Beginning of the 21st Century.
(Resumen.)
http://webworld.unesco.org/water/ihp/db/shiklomanov/
summary/html/summary.html