Con los recientes avances en la tecnología de desalinización, esta agua ligeramente salada podría ser la clave para resolver la escasez de agua potable
El agua salobre está apareciendo cada vez más en las noticias últimamente. ¿Qué es? En pocas palabras, es agua que es más salada que el agua dulce pero menos salada que el agua de mar.
Es posible que haya oído hablar de su uso como fuente de agua para agua potable desalinizada, que es de interés periodístico porque la desalinización de agua salobre requiere menos energía, y por lo tanto menos dinero, que la desalinización de agua de mar.
La disponibilidad es otro motivo de interés. Si bien el agua salobre se puede encontrar en cuerpos de agua superficiales como estuarios, también se encuentra en acuíferos en áreas que pueden estar lejos de la costa, lo que la convierte en una fuente potencial de agua en áreas donde los acuíferos de agua dulce se han agotado.
Por qué el agua salobre es más importante que nunca
Los suministros mundiales de agua dulce se están viendo afectados por el aumento de la demanda, el cambio climático y el desarrollo económico. Las Naciones Unidas y otras organizaciones han advertido que miles de millones de personas viven en regiones con escasez de agua y que, para 2030, la escasez de agua podría desplazar hasta 700 millones de personas.
La mayor parte de las extracciones de agua en los EE. UU. provienen de fuentes de agua dulce, y casi todas las extracciones de agua salina se utilizan en la generación de energía termoeléctrica. En general, las personas no pueden beberla de manera segura, regar los cultivos con esa agua, suministrarla al ganado o usarla en la industria sin riesgo de dañar el equipo.
El agua ligeramente salina a veces se puede utilizar para el riego, pero el agua de moderada a altamente salina requiere tratamiento antes de su uso agrícola o humano.
Sin embargo, no toda el agua salina es inutilizable. En algunas regiones, no tratadas, el agua ligeramente salina puede sustituir al agua dulce, como en Colorado, donde se utiliza agua salina con hasta 2500 ppm para el riego de cultivos. Pero el agua con salinidad moderada a alta tiene pocas aplicaciones.
A medida que aumenta la demanda y se intensifican las sequías, las fuentes alternativas de agua potable se han vuelto críticas, entre ellas, la desalinización, que puede transformar agua salobre abundante pero casi inutilizable en agua dulce valiosa apta para el consumo, el riego, la industria y más.
¿Qué es exactamente el agua salobre?
Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), agua salobre generalmente se refiere al agua con una concentración de sólidos disueltos totales (TDS por sus siglas en inglés) de aproximadamente 1.000–10.000 mg/L. Una escala más precisa del USGS establece cinco gradaciones de salinidad del agua:
- Agua dulce: Inferior a 1.000 ppm
- Agua ligeramente salina: Entre 1.000 ppm y 3.000 ppm
- Agua moderadamente salina: Entre 3.000 ppm y 10.000 ppm
- Agua altamente salina: Entre 10.000 ppm y 35.000 ppm
Sin embargo, se han propuesto otras escalas de salinidad. Un ejemplo se encuentra en el libro, Gestión de la salinidad para el riego sostenible: Integrating Science, Environment, and Economics, por Daniel Hillel:
- Agua dulce: <500 ppm
- Ligeramente salobre 500-1.000
- Salobre: 1.000-2.000 ppm
- Moderadamente salina: 2.000-5.000ppm
- Solución salina: 5.000-10.000 ppm
- Altamente salina 10.000-35.000ppm
- Salmuera: >35.000 ppm
No importa la escala utilizada para describirlo, el rango de salinidad intermedia del agua salobre lo hace inadecuado tal como está para beber y otros usos. Sin embargo, la creciente disponibilidad de la tecnología de desalinización la convierte en un recurso importante.
Comprender qué hace que el agua sea salobre es solo una pieza del rompecabezas. Igualmente importante es de dónde viene la salinidad y por qué varía tanto entre regiones. El Servicio Geológico de EE. UU. explica cómo se produce el agua subterránea salobre:
- Agua de mar y sedimentos marinos: El agua de mar antigua atrapada en formaciones geológicas libera sales con el tiempo.
- Mezcla entre acuíferos: Se puede formar agua salobre donde las capas de agua salina y subterránea dulce se entremezclan, a veces con la ayuda de pozos o bombeo.
- Lixiviación de suelos y sales superficiales: Los suelos salados o la escorrentía salina de las carreteras en invierno pueden filtrarse en acuíferos menos profundos.
- Intrusión de agua de mar: En las zonas costeras, el bombeo excesivo de agua dulce puede llevar el agua de mar a los acuíferos.
- Salmuera de petróleo y gas: Los residuos de salmuera producidos durante la extracción pueden migrar a los acuíferos de agua dulce si no se gestionan adecuadamente.
- Disolución de minerales: A medida que el agua se infiltra en los sedimentos y las rocas, disuelve sales como la halita y el yeso.
¿Dónde se encuentra el agua salobre?
Las regiones costeras y los estuarios son zonas clave donde el agua salobre se produce naturalmente debido a la mezcla de agua dulce y salada.
Como se mencionó, el agua salobre se puede encontrar donde se mezclan el agua dulce y el agua salada, generalmente en estuarios, acuíferos costeros y ríos de marea.
Se puede encontrar en acuíferos de agua dulce agotados que han sido infiltrados por agua de mar cerca de las costas. Más hacia el interior, los minerales disueltos durante el lento movimiento de las aguas subterráneas pueden acumularse en depósitos profundos y aislados, especialmente en el suroeste de EE. UU. Algunos depósitos de agua subterránea, como los acuíferos de la costa del Golfo de Texas, Wilcox, Queen City y Esparta, contienen enormes reservas de agua salobre. A nivel nacional, los análisis del USGS estiman que los volúmenes de agua subterránea salobre son más de 35 veces el volumen de agua subterránea dulce utilizada cada año en los EE. UU.
El agua salobre también se puede encontrar en las llamadas lentes, que se producen cuando el agua dulce de la precipitación se infiltra a través del suelo en las islas y otras zonas costeras, y flota sobre las aguas subterráneas salinas más densas.
A menudo se pasan por alto extensos acuíferos submarinos salobres, como los de la costa este y la costa de Hawái. Una vez identificadas, las fuentes de agua salobre ofrecen un enorme potencial, pero desbloquear ese potencial depende de cómo las tratemos.
¿Cómo se trata el agua salobre?
La desalinización puede transformar abundante agua salobre en valiosa agua dulce. Los métodos de desalinización heredados incluyen procesos de destilación térmica como la destilación instantánea multietapa (MSF por sus siglas en inglés) y la destilación multiefecto (MED por sus siglas en inglés), que tienen altos costos de energía, lo que hace que los proyectos a gran escala sean económicamente prohibitivos, excepto en regiones ricas en energía.
Por el contrario, la ósmosis inversa (RO) moderna ha reducido el coste de la desalinización gracias a sus membranas de alto rendimiento y dispositivos de recuperación de energía. La ósmosis inversa de agua salobre (BWRO) lleva la eficiencia energética incluso más allá que el agua de mar (SWRO). Debido a los niveles más bajos de sal, se requiere menos energía para forzar el agua a través de las membranas. BWRO puede requerir menos del 10% de la energía utilizada por los enfoques térmicos heredados, por lo que es una solución valiosa para suministros de agua a prueba de futuro.
Los sistemas de ósmosis inversa eliminan eficientemente la sal y las impurezas del agua salobre, lo que la hace adecuada para uso municipal e industrial.
El proceso de desalinización para agua salobre tiene una serie de similitudes y algunas diferencias cuando se trata de la gestión de la corriente de concentrado. Los pasos incluyen:
- Identificación de la fuente: Se realizan estudios hidrogeológicos, utilizando métodos como el proceso de mapeo del Sistema de caracterización del acuífero de recursos salobres (BRACS por sus siglas en inglés), del Texas Water Development Board, y se perforan pozos de prueba para identificar zonas salobres.
- Tratamiento previo El agua se somete a la eliminación de sedimentos y acondicionamiento químico para proteger las membranas de ósmosis inversa.
- Tratamiento de membrana: El agua a presión a través de los módulos BWRO separa el permeado de baja salinidad de un concentrado de alta salinidad.
- Post-tratamiento: El permeado se remineraliza y se desinfecta para cumplir con los estándares de agua potable.
- Gestión de la corriente de entrega y concentrado: El agua tratada entra en los sistemas de distribución. La eliminación de la corriente de concentrado se maneja de manera responsable para cumplir con los estándares ambientales con estanques de evaporación, inyección en pozos profundos o descarga compatible en cuerpos de agua salada.
Visualización del valor del agua salobre
La desalinización de agua salobre ofrece beneficios sostenibles que a menudo se malinterpretan o se pasan por alto. El siguiente gráfico ilustra cómo la tecnología BWRO se integra con la infraestructura existente para abastecer a múltiples grupos de usuarios, al tiempo que protege las reservas de agua dulce, reduce el uso de energía y aumenta la resiliencia a la sequía.
Brackish groundwater can be sustainably sourced, treated, and delivered to provide drought-resilient, cost-effective water for communities facing supply challenges.
Por supuesto, como cualquier proceso de tratamiento, la desalinización viene con consideraciones ambientales, particularmente en torno a cómo manejamos sus subproductos.
Consideraciones y conceptos erróneos sobre el medio ambiente
Los acuíferos salobres se aíslan con frecuencia debajo de capas de confinamiento y están separados por medios hidráulicos de los recursos potables, por lo que extraer agua de ellos no afecta necesariamente de forma negativa a otros recursos de aguas subterráneas. Los proyectos bien permitidos incorporan redes de monitoreo para garantizar que la extracción siga siendo sostenible.
La gestión de concentrados plantea riesgos ambientales, pero puede gestionarse de manera responsable incluso en el interior de varias maneras, entre ellas:
Estanques de evaporación: Las plantas continentales comúnmente dirigen el concentrado a estanques de evaporación con o sin revestimiento. En condiciones climáticas áridas, la evaporación solar concentra las sales hasta que los sólidos precipitan, reduciendo el volumen de la corriente de concentrado y permitiendo una eliminación segura.
Inyección de pozo profundo: Cuando la geología lo permite, se inyecta concentrado en acuíferos profundos y confinados o en yacimientos de petróleo/gas agotados. El Instituto de Recursos Hídricos de Texas apoya este método, acompañado por permisos estatales. La inyección también puede ayudar a mejorar la recuperación de petróleo.
Sistemas de descarga de líquido cero: Las instalaciones de descarga de líquido cero (ZLD) avanzada utilizan RO multietapa, evaporación térmica, cristalizadores o secadores por pulverización para eliminar la descarga de líquido. Estos sistemas recuperan casi toda el agua.
Los estanques de evaporación y los sistemas ZLD también permiten la recuperación de sustancias valiosas como cloruro de sodio, sales de sulfato, yeso y varios precipitados metálicos. Las corrientes de concentrado también se pueden extraer para obtener magnesio y potasio, y otros minerales se pueden usar como fluido de inyección en la extracción de petróleo y gas.
En las zonas costeras, la descarga de concentrado en los cuerpos de agua salada se puede hacer de manera responsable para garantizar un impacto ecológico mínimo. Los factores clave en la descarga de concentrado sostenible incluyen el emplazamiento de emisarios en áreas con ecosistemas menos productivos, el diseño cuidadoso y la ubicación de difusores, y los programas de monitoreo de efluentes operados por terceros que pueden ralentizar las descargas cuando los niveles salinos aumentan demasiado en los ecosistemas bentónicos.
En el caso de una planta de Seven Seas en Texas, la salinidad de la corriente de concentrado es menor que la salinidad de la Bahía de Baffin, el cuerpo receptor, por lo que la corriente se puede descargar con poco o nada de impacto.
Por qué las comunidades están recurriendo a las aguas subterráneas salobres
A pesar de estas consideraciones, la creciente frecuencia de la sequía, la presión de la población y el envejecimiento de la infraestructura de agua superficial están empujando a las comunidades a diversificar sus suministros de agua. Muchos están recurriendo a la desalinización BWRO como parte de su planificación.
- Bethanie Village, Kharas, Namibia, ha abierto una planta de desalinización BWRO que funciona con energías renovables.
- En Central Texas, servicios públicos como el Sistema de Agua de San Antonio han incorporado RO salobre en marcos de resistencia a la sequía. El programa de desalinización salobre de SAWS de 2012 se lanzó para reducir la dependencia del acuífero Edwards.
- El I-35 Corridor de Buda a San Marcos, Texas, depende de la Autoridad Hídrica Regional de la Alianza (ARWA por sus siglas en inglés), que ha designado activamente zonas de producción salobres hasta 2032 para satisfacer la demanda futura.
- La Southmost Regional Water Authority en Brownsville, Texas, ahora opera una planta de BWRO que produce agua potable a partir de acuíferos salobres locales.
Seven Seas ha sido pionero en el primer acuerdo de BWRO de asociación público-privada de Texas en Alice, Texas. A través de su modelo Water-as-a-Service® Seven Seas financió, construyó y operará una planta de BWRO de 2.7 MGD. La ciudad de Alice no tuvo que afrontar ningún coste inicial por la planta, mientras que el proyecto redujo los precios del agua a largo plazo.
La planta garantiza agua confiable, rentable y resistente a la sequía para los residentes de su propio acuífero de agua salobre. Los funcionarios locales destacan el éxito del proyecto, señalando los costes más bajos, la mitigación de riesgos y la independencia del agua, lo que muestra cómo la colaboración público-privada puede desbloquear rápidamente la infraestructura esencial de desalinización de BWRO, incluso para los municipios sin litoral.
Un recurso infrautilizado con valor estratégico
A medida que aumenta el costo del bombeo de agua dulce y avanza la tecnología de RO, las comunidades pueden beneficiarse al revisar sus recursos de agua subterránea salobre a la luz de las nuevas eficiencias en la desalinización de BWRO. El agua subterránea salobre no es solo una reserva, es un activo estratégico. Si su comunidad está explorando la independencia del agua, resiliencia o una infraestructura rentable, comuníquese con Seven Seas sobre cómo BWRO y Water-as-a-Service® pueden respaldar sus objetivos.
Crédito de imagen: oykuozgu/123RF
Erik Arfalk is the Senior Vice President of Business Development at Seven Seas, specializing in innovative and sustainable water and wastewater solutions in the US and the Caribbean. Previously, he was the Chief Commercial Officer at Fluence Corporation, where he launched MABR. Erik has held leadership roles at Atlas Copco and GE in Europe and the US, starting his career in strategy consulting. He holds a Master's in Business Administration and Economics from Lund University, Sweden. Erik's passion for water solutions and his talent for building strategic partnerships have established him as a respected industry leader.