DESALINIZACIÓN POR OSMOSIS REVERSA, SOLUCIÓN A LA ESCACEZ HÍDRICA EN EL NORTE. METODOLOGÍA DE BÚSQUEDA A partir del tema: “agua de mar en la industria de procesos” Se clasificará la búsqueda por medio de las “palabras clave” empleadas. Se escribieron las palabras “seawater process” en el buscador de Knovel, en la tercera página aparece la referencia en (8) y a la vez (11). Al emplear las palabras “seawater management” en el buscador Knovel, lo cual entregó una serie de resultados, y en la tercera página de exploración se halló el libro en (7). Al usar “salinination” en el buscador Knovel me llevó a (10). Al escribir el google “agua en Chile”, el quinto resultado dio una fuente confiable (ministerio de obras públicas), referenciado en (5), y cuando se buscó en referencias, asu vez llevó a la página de la OECD (6) Cuando se tomó la desición de averiguar sobre minería se escribieron en google las palabras “agua de mar minería” y el segundo resultado llevó a (4), lo que a su vez hizo querer indagar particularmente en Chile, y en la página de cochilco, se revizaron las secciones: publicaciones, presentaciones y estadísticas, donde esta última al buscar publicaciones, luego libros de recopilación de estudios, con fecha 2010 llevó a (2). Con la misma búsqueda en google, en la segunda página de indagación, el séptimo resultado llevó a (1). “seawater mining” y el quinto resultado condujo a (12). La búsqueda en google “minería en chile”, los resultados de la segunda página condujeron a (9). Para la primera imagen, se buscó en google, en la sección de imágenes “Umm Lujj, Arabia Saudita desalination” donde la escogida llevó a una fuente confiable, una revista de un respetable diario norteamericano. RESUMEN Hoy en día es necesario tener una mirada más amplia que el territorio de la empresa, teniendo consideración con la comunidad que alrededor habita, y un pensamiento a largo
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DESALINIZACIÓN POR OSMOSIS REVERSA, SOLUCIÓN A LA ESCACEZ
HÍDRICA EN EL NORTE.
METODOLOGÍA DE BÚSQUEDA
A partir del tema: “agua de mar en la industria de procesos”
Se clasificará la búsqueda por medio de las “palabras clave” empleadas.
Se escribieron las palabras “seawater process” en el buscador de Knovel, en la tercera
página aparece la referencia en (8) y a la vez (11).
Al emplear las palabras “seawater management” en el buscador Knovel, lo cual entregó
una serie de resultados, y en la tercera página de exploración se halló el libro en (7).
Al usar “salinination” en el buscador Knovel me llevó a (10).
Al escribir el google “agua en Chile”, el quinto resultado dio una fuente confiable
(ministerio de obras públicas), referenciado en (5), y cuando se buscó en referencias, asu
vez llevó a la página de la OECD (6)
Cuando se tomó la desición de averiguar sobre minería se escribieron en google las
palabras “agua de mar minería” y el segundo resultado llevó a (4), lo que a su vez hizo
querer indagar particularmente en Chile, y en la página de cochilco, se revizaron las
secciones: publicaciones, presentaciones y estadísticas, donde esta última al buscar
publicaciones, luego libros de recopilación de estudios, con fecha 2010 llevó a (2). Con la
misma búsqueda en google, en la segunda página de indagación, el séptimo resultado
llevó a (1). “seawater mining” y el quinto resultado condujo a (12).
La búsqueda en google “minería en chile”, los resultados de la segunda página
condujeron a (9).
Para la primera imagen, se buscó en google, en la sección de imágenes “Umm Lujj,
Arabia Saudita desalination” donde la escogida llevó a una fuente confiable, una revista
de un respetable diario norteamericano.
RESUMEN
Hoy en día es necesario tener una mirada más amplia que el territorio de la empresa,
teniendo consideración con la comunidad que alrededor habita, y un pensamiento a largo
plazo. La escasez de un recurso tan importante como es el agua potable, es un problema
para cualquiera que habite en ese lugar. Agua de mar se consolida como la solución a la
escasez de agua en zonas de producción minera, empleando la desalinización. Existen
diversas formas de llevar esta acabo, pero la elegida en Chile hace un par de años es el
método de desalinización por osmosis reversa, para que la empresa minera compitiera en
menor cantidad con los habitantes de la zona por ese bien tan preciado, y que, en su
reemplazo lo obtuvieran de otra fuente, el océano. Este procedimiento está aún en
desarrollo, y se proyecta la incorporación de nuevas plantas en el país.
INTRODUCCIÓN
(Pigram, 2006) expresó que pesar de que el planeta visto desde el espacio da la
impresión de ser un “planeta azul” con abundante agua fresca, la gran parte del agua en
el mundo está como agua salada en océanos. Gran parte del agua fresca se encuentra en
áreas poco habitadas, como Siberia y el norte de Canadá. Un examen más cercano
revela una situación preocupante en otras partes del planeta, debido a la disparidad en la
que se presenta este recurso.
El sostenido crecimiento económico y desarrollo social que se produjo en el siglo veinte,
ha traído consigo un incremento en todo tipo de demandas, ya sea de necesidades
primarias o secundarias. El agua es un recurso fundamental para que exista vida, el
incremento de población, y el fenómeno del cambio climático han causado una escasez
de este recurso a nivel mundial, lo que nos exige que las soluciones de agua a largo plazo
deban ser flexibles, adaptables y ambientalmente sostenibles.
Según la organización para la cooperación económica y el desarrollo (OECD) la demanda
global de agua proyecta incrementarse por alrededor del 55%, debido a la creciente
demanda industrial (+400%), generación de termoeléctricas (+140%) y uso doméstico
(+130%).
PROPIEDADES DEL AGUA DE MAR
De acuerdo a (Roger, 2006) el agua de mar limpia posee un contenido de bicarbonato que
proporciona un valor típico de pH de 8.2 (con una desviación de 0.1). La influencia de
agua potable usualmente baja el pH a 7.8, y al presentar compuestos ácidos, como
sulfato de hidrógeno disminuye aún más. Gracias al sustancial contenido de sales de
calcio y magnesio, se le considera agua dura. Cuando la temperatura o pH se
incrementan, estas sales forman depósitos de carbonato. El aumento de la temperatura,
baja la solubilidad del oxígeno e incrementa la velocidad de corrosión de algunas
aleaciones. La composición del agua de mar también afecta en la corrosión, que produce
severos daños en los equipos y reduce su vida útil, no solo debido a compuestos
encontrados en mayor cantidad, como el cloruro y el bicarbonato. También los distintos
niveles de impureza y la contaminación biológica, como las bacterias, lodo, algas y
material particulado de origen biológico o inorgánico pueden afectar, ya que suelen
depositarse en intercambiadores de calor, condensadores, placas y otros sistemas de
tuberías. La presencia de sólidos suspendidos influye, puesto que al presentarse estos se
requiere aleaciones resistentes a la abrasión.
AGUA DE MAR EN LA INDUSTRIA DE PROCESOS
Para que muchos procesos industriales sean eficientes, el calor producido debe ser
removido o recuperado. El medio de enfriamiento más común es el agua, ya que para la
mayoría de los países el agua proveniente del mar es el recurso más fácilmente
disponible. Sin embargo, sus características nombradas anteriormente, incluyendo el
contenido de oxígeno, tasa de flujo, concentración de cloruro y temperatura traen
complicaciones para llevarlos a cabo. La creación, el perfeccionamiento de métodos, y
trasladar estos a nuevos campos de aplicación, plantea nuevos desafíos para la
ingeniería.
Los sistemas de enfriamiento con agua de mar se han usado en la industria por más de
100 años. Los primeros recursos usados fueron el carbón, acero, hierro fundido y
aleaciones de cobre. En la actualidad, con el aumento de la competencia, las industrias
idealizan con tener una “alta producción, a bajo costo”.
(Sutherland, 2008) Manifiesta que la desalinización debe ser considerado como un
método para remover impurezas, particularmente sales, del agua salada, y varios
métodos, con diferentes tipos de tecnologías han sido empleados.
La planta de destilación flash de multi-pasos típicamente consiste en unas serie de veinte
o más cámaras, donde el calor va pasando de una a otra. El vapor condensado pasa en
tubos de enfriamiento y deja el destilado deseado almacenado aparte.
La planta de destilación de termo-compresión por su parte, usualmente tiene dos a seis
etapas de evaporadores y usa una temo-compresion de multipasos.
La electrodiálisis(separación membrana-electrodo): Un tanque se encuentra entre dos
membranas. Este método separa el sodio y el cloro del agua a tratar, que van hacia un
electrodo negativo, y positivo respectivamente, y así, el agua fresca queda en el tanque.
Este método solo es económico para aguas que contienen desde 500mg/L y hasta
10000mg/L, situación que no siempre puede asegurarse. Actualmente hay de estas
plantas establecidas en el medio oriente.
El proceso de electrodiálisis reversa típicamente usa dos tipos de intercambiadores de
iones. Es típicamente compuesta por un gran número de compartimentos, opera similar a
la electrodiálisis, pero, periódicamente la polaridad de los electrodos se invierte, lo que
hace que los iones migren en la dirección opuesta.
En la figura siguiente se dan algunos costos típicos de los procesos de desalinización,
graficados versus la concentración de sal a desalarse. Se puede observar de entre todos,
que para las concentraciones más bajas, la osmosis reversa es la mejor opción de
tratamiento.
(Sutherland, 2008)
Así se ve que las membranas juegan un mejor rol en la provisión de agua pura: la
remoción de sales disueltas(por osmosis reversa, y, más recientemente nanofiltración),
filtraciones de gran calidad, reducción del compuesto de trihalometano, remoción de
silicatos, todas han sido posibles con los apropiados procesos de membrana.
(Van der Bruggen y Vandecasteele, 2003) expresaron que en la industria del agua
potable, la nanofiltración (NF) ha sido un gran avance como procedimiento para remover
contaminantes del agua, que ha sido un caso de estudio en escala industrial, piloto, y de
laboratorios. Esta operación se basa en el uso de membranas de osmosis reversa. La
osmosis consta de un traspaso de solvente, a través una membrana semipermeable que
solo permite el paso de agua, desde el compartimento más diluido al más concentrado,
para así poder igualar la presión osmótica. En el caso de la osmosis reversa el agua fluye
desde el compartimiento donde se encuentra la solución más concentrada hacia el
compartimiento de la más diluida. Este proceso anti natura se logra mediante la aplicación
de una presión mayor a la presión osmótica de la solución. Hace un par de años, se han
podido desarrollar estas membranas a la presión necesaria, esto ha ayudado fuertemente
al proceso, junto con el uso de NF en un sistema de desalinización integrado NF-SWRO
(Sea Water Reverse Osmosis) y NF-MSF (Multi Stage Flash). Este tratamiento reduce la
turbiedad, microorganismos y durezas, y dentro de las grandes ventajas, a bajo costo en
comparación con métodos convencionales.
A continuación se muestran contaminantes típicos y sus métodos de remoción
respectivos.
(Sutherland, 2008).
La primera planta industrial de pretratamiento de agua de mar por nanofiltros fue
construida en Umm Lujj, Arabia Saudita, en principios de los 2000’s por la corporación de
conversión de agua salada, como se aprecia en la imagen.
”Construida para saciar la sed de los
residentes de la ciudad costera de Umm Lujj, esta planta desalinadora de tratamiento
drena 4.400 m3/dia de agua del Mar Rojo”. (El-Rehaili, A., 1991)
Uno de los desafíos para la etapa MSF, es aumentar su eficiencia operando a mayores
temperaturas, de 160°C a 180°C, un claro contraste con los 110°C iniciales. El problema
es encontrar materiales que cubran los equipos a tales temperaturas, y que a su vez, no
se vean afectados en gran medida por la corrosión. Otro dilema parecido ocurre en la
etapa MED, donde la temperatura y la eficiencia son los protagonistas.
Sin embargo (Sutherland, 2008) también expresa generalmente el costo de la
desalinización es al menos el doble del costo de la extracción en la fuente de agua fresca,
y frecuentemente 10 veces mayor.
MINERÍA: LA GRAN CONSUMIDORA NORTINA DE AGUA.
La minería es uno de los pilares que ayudan a mantener la economía chilena, y de
acuerdo a los datos recopilados por (SERNAGEOMIN, 2015) el Cobre equivale al 88,7%
de los recursos mineros que son exportados al resto de los países, de los cuales en el
porcentaje restante se encuentran el Hierro, Salitre y Yodo, Molibdeno, Oro, Plata y otros.
(Hernández, 2014) asegura que Chile tiene una de las mayores reservas mundiales de
Cobre con un 27.9%, siguiéndole Australia, con un 12,6% y Perú con un 11.2%. El
consumo de agua total en la minería del cobre al año 2013 consta de un 70% de agua
recirculada, 27% de agua fresca y 3% de agua de mar. El agua que no proviene del mar
son las aguas superficiales, subterráneas y obtenidas a terceros (compra de agua).
Así mismo (Castillo et al, 2013) deja expresado que en la minería del cobre el consumo de
agua incluye el uso de agua fresca para reponer las pérdidas producidas en el proceso de
producción. El agua es un insumo estratégico en los procesos tradicionales de
concentración por flotación, en la fusión y electrorefinación, y en el proceso
hidrometalúrgico en la lixiviación, extracción por solventes y electroobtención.
(MOP, 2012) manifiesta que dentro del contexto mundial, Chile podría ser calificado como
un país privilegiado en materia de recursos hídricos. Al considerar todo el territorio
chileno, el volumen de agua procedente de las precipitaciones que escurre por los cauces
es de 53.000 m3 por persona al año, superando en 8 veces la media mundial (6.600
m3/habitante/año), y en 25 veces el mínimo de 2.000 m3/habitante/año que se requiere
desde la óptica de un desarrollo sostenible. Por otra parte, prácticamente la mitad de
Chile tiene una disponibilidad de agua subterránea por habitante menor a la media
mundial. También revela, en el gráfico de barras, las regiones en que la demanda de agua
supera la oferta.
En la situación que se ha descrito anteriormente, es claro que debemos tomar medidas
con este déficit, y ya que la industria minera no consume una cantidad de agua menor,
como se puede ver en los gráficos mostrados a continuación, en el año 2013 se extrajo
una cantidad de 4.966 L/s de agua fresca sólo en la segunda región, un equivalente a un
40% y coincidente con su demanda de agua, por lo tanto, es de suma urgencia la
mitigación del uso directo de agua potable, y la reincorporación de nuevas alternativas,
como el aprovecha miento del mar chileno que bordea a nuestro país de norte a sur.
En la tabla 1 se indica el catastro de las plantas desaladoras y con uso directo de agua de
mar (sin desalar) presentes en el país, ya sea aquellas que están en operación o en
distintos grados de avance.
Tabla 1: Catastro plantas desaladoras y sistemas de impulsión (SIAM) en la minería
(AusIMM, 2010) afirma que la minera Michilla de la empresa Antofagasta Minerals
(AMSA) ha sido pionera en el uso de agua de mar en su proceso productivo,
reemplazando a la planta con agua de 6500 m3 de flujo diario por este sistema de
impulsión de tres pasos. En el primer paso el agua de mar se bombea de la costa por 10
m arriba del nivel del mar. En el segundo paso de bombeo, el agua se filtra con arena, y
así es bombeada a un sitio más alto, sobre 810 m del nivel del mar. En el tercer paso el
agua es, finalmente, transportada por gravedad a los estanques de almacenamiento
localizados en el cátodo de la planta. Este ejemplo representa básicamente la forma usual
de extracción de agua de mar, la cual también requiere gastos energéticos no menores.
(Castillo et al, 2013) denota que por su parte Minera Esperanza entró en operación en
2010 y fue diseñada para utilizar en el 100% de sus procesos este recurso. En este
proceso, el agua de mar es bombeada a través de un acueducto de 145 kilómetros de
longitud, que sigue la misma ruta del concentraducto. Esta innovación es posible gracias
al sistema de impulsión que contempla cuatro estaciones de bombeo situadas entre el
sector del Muelle Esperanza, ubicado en Caleta Michilla, y el yacimiento de la compañía
en la comuna de Sierra Gorda. Pese a estos costos, en AMSA destacan que el consumo
de agua en la planta concentradora de Esperanza alcanza los 630 litros por segundo, lo
que constituye el 30% de toda el agua que requiere su proceso productivo. Ese menor
consumo, describe, se logra gracias a un diseño que optimiza el uso del agua en cada
una de las etapas del proceso, donde destaca la utilización de nuevas tecnologías de
relaves espesados de acuerdo con las condiciones de la zona.
Dichos ejemplos dan cuenta de las alternativas que está buscando la industria para poder
hacer frente a la escasez del agua, donde las plantas desalinizadoras ocupan osmosis
reversa. Y si bien hay un camino recorrido, no se puede obviar que también estas plantas
acarrean un elevado gasto de consumo energético. Por esto, actualmente, ya se están
realizando estudios para desarrollar plantas desalinizadoras más competitivas, menos
contaminantes y que utilicen fuentes de energía renovables.
CONCLUSION
El método de osmosis reversa, como proceso de desalinización es más
conveniente al emplearse en bajas concentraciones de sal.
Este tiene desventajas, como que su costo elevado en el costo de la
desalinización es al menos el doble del costo de la extracción en la fuente de agua
fresca según(Sutherland, 2008), sin embargo, se puede finiquitar, que en vista de
los beneficios, como el bienestar de los habitantes, los cuales gran cantidad
trabajan en las mismas mineras, y el beneficio ambiental, dejar de extraer el agua
fresca del norte, que es un bien tan limitado, es una solución que se debe ampliar
para todas las mineras del país.
BIBLIOGRAFÍA
(1)Castillo, B., Miranda, C., Romero, M. (28 de agosto del 2013) “Ruta de la
sustentabilidad: Crece el uso del agua de mar en las operaciones mineras” Revista de
diario la segunda online. Recuperado el 16 de Septiembre del 2016, de
