LIFE DREAMER: incrementando la sostenibilidad en la desalinización de agua de mar

La desalinización de agua de mar es una fuente alternativa de agua dulce cuya calidad la hace apta para diferentes usos tales como el consumo humano, agricultura o para aplicaciones industriales. Entre las diferentes tecnologías disponibles para la desalinización de agua, la ósmosis inversa (OI) es la tecnología más utilizada en instalaciones de desalinización a gran escala en todo el mundo, debido a sus prestaciones.

Actualmente, los esfuerzos de I+D+i en desalinización se centran principalmente en la reducción de la producción de salmuera, del consumo energético específico y del uso de productos químicos. En este sentido, el proyecto LIFE DREAMER, coordinado por el negocio de Agua de ACCIONA, va un paso más allá: además de perseguir estas reducciones, alinea el proceso de desalinización con el concepto de Economía Circular, considerando el agua de mar como una fuente de recursos y contribuyendo al cumplimiento del Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 – Garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos, en línea con el compromiso de ACCIONA por la sostenibilidad.

Objetivos

El proyecto LIFE DREAMER tiene como objetivo desarrollar y demostrar un concepto de desalinización altamente eficiente en el uso de recursos que permita un aumento en la conversión del proceso de desalinización por OI, un menor consumo de energía y de productos químicos, y la recuperación de recursos presentes en el agua de mar. 

La solución tecnológica propuesta en el proyecto LIFE DREAMER integra: i) un sistema de pretratamiento basado en la reducción de nutrientes disponibles que pretende reducir el potencial de formación de biofouling del agua de mar, mediante un proceso de adsorción; ii) un proceso de filtración-decantación para tratar las corrientes de agua de limpieza provenientes del pretratamiento, aumentando así la conversión global del proceso; iii) un proceso de oxidación avanzada que trata las corrientes de limpieza de la ósmosis inversa alta carga orgánica iv) un tratamiento de las salmueras, mediante nanofiltración y destilación por membranas, para aumentar la conversión del proceso, disminuir el volumen de salmueras y recuperar sales que se pueden usar la etapa de remineralización. 

Un aspecto clave del proyecto radica en las actividades de demostración, que se realizan en una planta piloto de escala pre-industrial, altamente instrumentalizada y automatizada, que opera en régimen 24/7. La planta piloto, diseñada y construida en la primera fase del proyecto, se encuentra situada en las instalaciones de la planta desalinizadora de agua de mar (IDAM) de San Pedro del Pinatar II (Murcia, España), propiedad de la Mancomunidad de los Canales del Taibilla (MTC). La planta de demostración trata un caudal de agua de mar de hasta 10m³/h con la misma agua de captación que la IDAM, lo que asegura la representatividad de los resultados, y facilita su posterior escalado y transferencia.

Resultados

La descripción de los diferentes sistemas que conforman la solución LIFE DREAMER, así como los resultados de la demostración, se detalla a continuación: 

i) Sistema de filtración granular con capacidad de adsorción de fósforo como pre-tratamiento 

La velocidad de formación de biopelícula en las membranas de ósmosis inversa depende en gran medida de la concentración de los nutrientes esenciales para el desarrollo de la vida microbiana tales como el nitrógeno (N), el carbono (C), el potasio (K) o el fósforo (P). La reducción de estos elementos tiene como objetivo final la mitigación del biofouling en las membranas de OI y, por tanto, la mejora de los parámetros de funcionamiento hidráulico de las membranas a medio y largo plazo. En el proyecto se utiliza un sistema de filtración granular con capacidad de adsorción de P. Se reduce así el contenido de este nutriente, que puede además ser recuperado con fines agrícolas.

La eliminación promedio de P en el proceso de adsorción, partiendo de una concentración del agua de mar de entrada de 0,1 ppm, ha alcanzado el 70% en los ensayos llevados a cabo en el marco del proyecto. Los estudios cinéticos realizados han demostrado la disminución en la capacidad de crecimiento de microorganismos generadores de biopelícula al reducir el contenido en P del agua de mar. Por lo tanto, supondría una mejora en el rendimiento de las membranas de OI y una reducción del uso de productos químicos.

ii) Sistema de filtración-decantación para el tratamiento de los efluentes de limpieza de alta carga en sólidos 

Una de las actuaciones necesarias para llevar a cabo la desalinización del agua de mar es eliminar previamente el contenido particulado y coloidal presente en el agua de mar, de cara a evitar un ensuciamiento precoz en las membranas de OI, a través de los procesos de pretratamiento. Éstos típicamente son una filtración, ya sea de tipo granular o por membrana. Los efluentes derivados del lavado de estos procesos de filtración contienen una alta carga de sólidos y conllevan un menor rendimiento hidráulico global del sistema. El tratamiento de estos efluentes, basado en un proceso de filtración-decantación, consigue concentrar el contenido sólido y recuperar el agua empleada para dichas limpiezas para aumentar la conversión final del sistema.

El sistema de filtración-decantación demostrado en el proyecto LIFE DREAMER es capaz de tratar el alto contenido en sólidos en suspensión de los efluentes generados en los contralavados del pre-tratamiento, permitiendo recuperar un 99% del agua empleada, concentrando en este mismo porcentaje el residuo sólido generado. La corriente de filtrado de este sistema se recircula al tren principal de tratamiento con el consiguiente aumento del volumen de agua producto.

iii) Sistema de oxidación avanzada para la reducción del contenido de carbono orgánico en los efluentes de limpieza 

Ciertos compuestos, de naturaleza orgánica y/o inorgánica son capaces de atravesar los pretratamientos y acumularse en las membranas de OI, afectando su comportamiento. Por ello es necesario realizar lavados químicos periódicos cuyos efluentes contienen dichos compuestos. Los reactivos químicos empleados en las limpiezas se seleccionan según la naturaleza del ensuciante acumulado. En el caso de las limpiezas básicas, por ejemplo, los efluentes que se obtienen presentan un alto contenido en carbono orgánico al eliminar las fracciones orgánicas acumuladas. 

El proceso de oxidación avanzada (AOP) propuesto en el proyecto se basa en la reacción Foto-fenton, que utiliza peróxido de hidrógeno, hierro como catalizador y luz ultravioleta, y consigue reducir hasta en un 87% la concentración de Carbono Orgánico Total (TOC) del efluente de las operaciones de cleaning in place (CIP) básicas de OI.

iv) Sistema de concentración de salmuera

El porcentaje de conversión del sistema de OI, que habitualmente se encuentra en torno al 45% del agua captada, se traduce en un volumen considerable de rechazo con una salinidad superior a la del agua de mar. En el proyecto LIFE DREAMER se ha evaluado un tratamiento de salmuera basado en dos sub-procesos, el primero de los cuales reduce el contenido en compuestos divalentes para disminuir el potencial de incrustación del siguiente sub-proceso: una destilación por membrana (Membrane Distillation, MD) que concentra la salmuera y produce destilado, aumentando por lo tanto la producción de agua producto y reduciendo el volumen de salmuera generado.

Partiendo de una salinidad de 70 g/L del rechazo de la OI, el tratamiento previo de salmuera por nanofiltración (NF) permite una elevada eliminación de los iones divalentes (65% en Ca²⁺; 85% en Mg²⁺ y 98% en SO₄^2-), dando lugar a una corriente rica en calcio y magnesio, que podría utilizarse para la remineralización posterior del agua producto. En cuanto a la MD, se consigue concentrar la salmuera en un 80%, utilizando calor residual.  

La combinación de las diferentes tecnologías plantadas en el proyecto LIFE DREAMER permite aumentar la conversión del sistema, reducir el consumo de productos químicos y energético, aumentando la sostenibilidad del proceso de desalación. Cabe destacar que los sistemas descritos se pueden incluir en su conjunto en plantas desalinizadoras de nueva construcción y también permite adoptar las soluciones aportadas por el proyecto de forma parcial en plantas ya existentes, con mayor o menor grado de remodelación en función de la tecnología considerada. De este modo la aplicabilidad de las soluciones aportadas es elevada, adaptándose a las necesidades y posibilidades de cada planta

Conclusiones

Actualmente se está llevando a cabo la evaluación técnica, económica y ambiental de la solución LIFE DREAMER a través del análisis de ciclo de vida y de coste en base a los datos obtenidos de la integración de los diferentes sistemas que la componen y su optimización global bajo condiciones reales de funcionamiento durante un período de tiempo superior a dos años. 

Las conclusiones obtenidas hasta la fecha son: 

• La recuperación de agua del sistema de desalinización propuesto se ha incrementado hasta en un 85% gracias al tratamiento de los efluentes de lavado y en mayor medida al tratamiento de salmuera.

• El volumen de salmuera y corrientes residuales generadas se ha reducido en un 70%.

• La reducción del consumo de productos químicos se estima en más de un 50%. 

Agradecimientos

El proyecto LIFE DREAMER, cofinanciado por la Comisión Europea a través del Programa LIFE (LIFE 16 ENV / ES / 000223), cuenta con un presupuesto superior a 1,5 millones de euros. En el proyecto, coordinado por el negocio de Agua de ACCIONA, empresa líder en el sector de la desalinización de agua de mar, participan otras dos entidades de ámbito internacional: AQUASTILL, empresa líder en el campo de la destilación por membranas, y WE&B, empresa de consultoría centrada en los aspectos económicos y sociales de los sectores hídrico y medioambiental. Se agradece el apoyo de la Mancomunidad de los Canales del Taibilla (MCT), organismo Autónomo dependiente de la Secretaría de Estado de Medio Ambiente del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, propietario de la IDAM de San Pedro del Pinatar II.

Más información en www.life-dreamer.com

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