¿Por qué no puedes beber agua de mar?
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& ltbr & gtIsrael tiene escasez de agua en los países donde los recursos hídricos, especialmente las aguas subterráneas, tienen generalmente una alta salinidad. Un fenómeno interesante es que, aunque Israel es un país pequeño, tiene recursos de agua salada en distintas concentraciones dentro de su territorio. La salmuera tiene la salinidad más alta, casi diez veces la del agua de mar ordinaria. El segundo es el agua de mar. El Mar Rojo, donde se encuentra Eilat al sur, tiene mayor salinidad que el Mar Mediterráneo al oeste. El agua salobre con una concentración inferior a la del agua de mar pero superior a la del agua dulce se denomina agua salobre, que es similar al concepto de agua salobre comúnmente utilizado en los recursos hídricos domésticos. Sin embargo, la definición de agua salobre de la Comisión de Agua de Israel se refiere al total de sólidos disueltos (. TDS, sólidos disueltos totales) mayor a 1,000 ppm y menor a 10,000 ppm, que es mayor que el rango y concentración de agua salobre que utilizamos, que también es el rango de salinidad del agua subterránea en el Valle de Ayala. La salinidad de algunas aguas subterráneas en sus acuíferos costeros. También ha aumentado debido a la intrusión de agua de mar. Sin embargo, algunos acuíferos de agua subterránea en la región norte, incluido el Mar de Galilea, tienen una química de roca diferente y concentraciones de cloruro superiores a los estándares del agua potable, aunque no en el rango salobre.
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& ltbr & gtDebido a la escasez de recursos hídricos y la gran proporción de agua salada, Israel ha aumentado el uso de fuentes de agua no convencionales y está a la vanguardia del mundo en este sentido, por lo que la investigación sobre los diferentes usos del agua salada y del agua de mar nunca ha cesado. A pesar de los grandes logros en el uso del agua de mar y del agua salada en la industria y la agricultura, el Comité de Recursos Hídricos de Israel cree que la única manera de resolver los problemas del agua en Israel y en todo el Medio Oriente es desalinizar el agua de mar. Por lo tanto, desde la década de 1960, el personal científico y tecnológico israelí se ha comprometido con la investigación de la tecnología de desalinización de agua de mar, y la producción real ha aumentado año tras año. Especialmente en los últimos años, debido a la tecnología madura y los costos reducidos, la producción de desalinización de agua de mar ha crecido muy rápidamente. Según el "Pronóstico de oferta y demanda de agua de Israel (1998-2020)" (Tabla 1) de la Comisión de Recursos Hídricos de Israel, para 2020, la desalinización de agua salada y de mar en Israel aumentará significativamente, y la desalinización de agua de mar aumentará en un 20% con respecto al nivel de 1998, alcanzando una producción anual de 200 millones de toneladas de agua dulce, lo que representa casi el 8% de la capacidad total de suministro de agua. Según el análisis del académico israelí Nessim Moatty de los resultados del plan maestro de recursos hídricos de Israel en 1995 y 1998, entre las tres medidas principales para resolver la escasez de agua, el aumento de la utilización de aguas residuales, los recursos hídricos importados y la desalinización, la desalinización es la clave para eliminar el agua en el futuro " déficit" "La única manera [2].
Según la definición del Comité de Recursos Hídricos de Israel, el alcance del agua desalinizada incluye no sólo la desalinización de salmuera natural y agua de mar, sino también la purificación de algunas aguas subterráneas contaminadas artificialmente. Por lo tanto, el comité clasificó la desalinización de Israel en tres categorías. [1]
La primera categoría es el tratamiento de pozos subterráneos contaminados, con el objetivo principal de eliminar nitratos, metales pesados y materia orgánica. La principal tecnología de eliminación de nitratos es la electrodiálisis. Se utiliza carbón activado e intercambio iónico para eliminar metales pesados y materia orgánica, y el agua tratada ya no se utiliza como agua potable. Según el plan de la Comisión para la Conservación del Agua, antes de 2010, esta agua desalinizada deberá alcanzar los 50 millones de m3. La inversión para este tipo de tratamiento de agua de pozo es de aproximadamente 1,2-1,3 NIS por metro cúbico.
La segunda categoría es la desalinización subterránea de agua salada (refiriéndose al agua salada en el rango de agua salobre). En la actualidad, el volumen anual de extracción de agua salobre de Israel es de aproximadamente 654,38+60 millones de m3, de los cuales aproximadamente el 35% se utiliza para agua industrial (principalmente como agua de refrigeración) y el resto se utiliza principalmente para la agricultura, incluida el agua de estanques piscícolas y el riego. La desalinización de agua salobre existente se ubica principalmente en las áreas de Eilat y Ayala, utiliza 100.000 m3 por año y produce 7 millones de m3 de agua dulce. Según el plan de la Comisión de Recursos Hídricos de Israel, la proporción de la desalinización del agua de mar debería ampliarse en el uso de agua salobre, y la producción anual de agua dulce que cumpla con los estándares potables debería alcanzar a largo plazo los 50 millones de m3. En la actualidad, la desalinización de agua salobre a gran escala de Israel utiliza básicamente tecnología de ósmosis inversa (RO) relativamente avanzada, y el costo es de aproximadamente 0,5 NIS/m 365438. También existe un método a pequeña escala para desalinizar agua salobre, concentrado principalmente en Ghibze y Moshav en la región de Ayala. Estas agriculturas desérticas son actualmente uno de los pilares importantes de la producción agrícola de Israel. Estas granjas colectivas utilizan ampliamente agua salobre local para el riego, y la mayor parte de su agua potable utiliza pequeños dispositivos de energía solar o eléctrica para obtener agua desalinizada. Cada granja generalmente produce sólo unas pocas docenas de metros cúbicos de agua dulce por día.
La tercera categoría es la desalinización de agua de mar, que también es la industria que agregará la mayor cantidad de recursos hídricos nuevos en Israel en el futuro. A diferencia de los estándares generales de desalinización, la Comisión de Recursos Hídricos de Israel exige que el agua producida por la desalinización sea superior a los estándares para el agua potable, especialmente la concentración de cloruro. La razón es que los recursos hídricos naturales de Israel tienen altas concentraciones de cloruro, por lo que la desalinización puede reducir la concentración de iones de cloruro y boro en todo el sistema de suministro de agua. Se reduce el contenido de sal en las aguas residuales, lo que resulta beneficioso para el riego agrícola. En la actualidad, Israel utiliza tecnología de diálisis inversa para desalinizar el agua de mar y, bajo la premisa de la producción en masa, su costo es de aproximadamente 0,50 dólares estadounidenses. En 2002, la producción total de las plantas desaladoras aprobadas por el gobierno israelí alcanzó los 400 millones de metros cúbicos y todos los proyectos se llevaron a cabo mediante licitación internacional. Esta cantidad supera incluso la cantidad total desalinizada en 2020 en la previsión de suministro de agua proporcionada por la Comisión de Recursos Hídricos en 1998, lo que demuestra la importancia que se atribuye al agua de mar.
Tanto el gobierno israelí como la Comisión de Recursos Hídricos apoyan la construcción de los tres proyectos de desalinización de agua mencionados anteriormente y sirven como iniciadores. Vale la pena señalar que el gobierno israelí adopta principalmente el modelo BOOT (Build, Own, Operate and Transfer) o BOO (Build, Own, Operate) para la construcción de estos proyectos de desalinización, y los contratistas suelen ser empresarios privados. El gobierno apoya la inversión inicial y determina en el contrato la cantidad mínima de compra garantizada por el gobierno después de la producción en fábrica para reducir los riesgos de los inversores.
Aunque Israel tiene una larga trayectoria en la investigación de la desalinización de agua de mar, en comparación con Arabia Saudita y otros países del Golfo, su inversión en desalinización de agua de mar no ha sido grande en las últimas décadas, pero sus exportaciones de tecnología y equipos son relativamente bien. Por ejemplo, su empresa de tecnología de desalinización IDE tiene una gran reputación y ha construido más de 300 plantas de desalinización en todo el mundo. Su desalinización de agua de mar se concentra principalmente en las zonas del sur donde el agua es escasa. La aparición y el desarrollo de la tecnología de diálisis inversa (RO) ha reducido considerablemente los costos y ha llevado al gobierno israelí a aumentar su consideración de la desalinización del agua de mar. En la Figura 1, podemos ver la tendencia de desarrollo de la desalinización de agua de mar en Israel.
2. Planta desalinizadora de Eilat
El desarrollo de la región sur es una política nacional básica de Israel. El problema más destacado es la falta de recursos hídricos en la región en condiciones de sequía extrema. Casi no hay recursos de agua superficial en todo el sur de Israel debido a las precipitaciones extremadamente bajas y la alta evapotranspiración del agua subterránea, que también es salina en diversos grados. Por lo tanto, el uso eficaz del agua salada y del mar se ha convertido en una dirección importante para el desarrollo y utilización de los recursos hídricos en esta región. Durante nuestro trabajo de campo en Eilat, visitamos una planta purificadora de mezcla de salmuera allí y aprendimos sobre su desalinización de mezcla de salmuera.
Eilat está situada en el extremo sur de Israel, al norte del Golfo de Aqaba en el Mar Rojo, limitando con Jordania y Egipto al este y al oeste. Es el único puerto de Israel que conduce al Mar Rojo. Con una población de más de 40.000 habitantes, Eilat es la ciudad más importante del sur de Israel y una atracción turística en Israel. Eilat es la única ciudad central en la región desértica del sur de Israel. Precisamente por su especial entorno geográfico y condiciones naturales, la desalación de agua de mar tiene una larga trayectoria. La planta desalinizadora de agua de mar se construyó ya en 1965 y su producción ha ido aumentando año tras año, desde menos de 5.000 m3/día hasta los casi 70.000 m3/día actuales. La tecnología también se ha desarrollado gradualmente, comenzando con la evaporación instantánea en múltiples etapas (MSF), introduciendo la destilación de efectos múltiples (MED) en 1974 y la desalinización de agua salobre por ósmosis inversa (BWRO) en 1978. A principios de la década de 1980, reemplazó por completo a la dos primeros procesos. Con el desarrollo de la tecnología de ósmosis inversa y el aumento de la demanda de agua, la desalinización de agua de mar por ósmosis inversa (SWRO) comenzó en 1997 [4].
La desaladora que visitamos está situada en la parte más septentrional del Golfo de Aqaba, perteneciente a la israelí MEKOROT, cerca de la frontera con Jordania. En la sala de control de operaciones de la fábrica, el personal nos presentó la situación básica de la fábrica. Aunque la Compañía Nacional de Transporte Acuático de Israel tiene dos ramales hacia Eilat a través del desierto de Negev, debido a las restricciones de agua, básicamente no hay agua para llegar a Eilat. Por lo tanto, el suministro de agua de Eilat proviene principalmente de agua de mar y agua subterránea del valle de Aravá. Alrededor del 20% de la salmuera subterránea que se extrae cada año en todo el valle de Ayala se suministra a la planta desaladora de Eilat. Todo el proceso operativo está altamente automatizado. Generalmente, solo hay un miembro del personal en la sala de control central, que puede monitorear el estado operativo de cada parte de la fábrica.
Actualmente, la planta de tratamiento produce una media de 45.000 metros cúbicos de agua dulce al día, suministrando principalmente agua doméstica a más de 40.000 residentes de Eilat. La producción diaria es de 54.000m3 en verano y 35.000m3 en invierno. La planta fue construida en 1978 y se ha dedicado a operaciones experimentales de desalinización subterránea de agua salada y desalinización de agua de mar. Desde 1997 se lleva a cabo oficialmente la producción de desalinización de agua de mar.
A diferencia de las plantas desalinizadoras de agua de mar ordinarias, la característica más importante de esta planta es la operación conjunta de desalinización de agua salada y desalinización de agua de mar, es decir, el agua salada residual después de la desalinización de agua salobre se mezcla con agua de mar para la desalinización. Además del agua residual de desalinización de agua salobre de nuestra planta, la fábrica también es responsable de recolectar el agua residual de desalinización de otros dos fabricantes que solo desalinizan agua salobre.
De hecho, los principales procesos utilizados por BWRO y SWRO son exactamente los mismos: ambos pasan la salmuera a través de membranas permeables especiales multicapa a alta presión, de modo que la mayoría de los compuestos iónicos no pueden pasar a través de la membrana permeable. separando así el agua dulce de baja disolución con concentración de sal. Sin embargo, debido a las diferentes concentraciones de agua salobre y agua de mar, la presión requerida para el proceso de separación es diferente, y el consumo de energía y los costos de producción final también son diferentes. La presión utilizada en el proceso BWRO de esta planta es de 17 atmósferas, y la proporción de agua dulce separada es aproximadamente del 70%, es decir, 1 m3 de agua salobre puede producir 0,7 m3 de agua dulce, la concentración de TDS de la salmuera restante es 16000 ppm y el costo es de 0,2 a 0,3 dólares estadounidenses/m3. En el proceso SWRO, la presión es de 75 atmósferas, la proporción de agua dulce es de aproximadamente el 50% y la salmuera restante de alta concentración se transporta a la planta de producción de sal. Debido a que consume más energía, el costo de la desalinización de agua de mar es más del doble que el de la desalinización de agua salobre.
El Mar Rojo donde se encuentra Eilat es el mar con mayor salinidad del mundo, con una concentración de 41.000 ppm de TDS. Sin embargo, la concentración de salmuera residual en el método BWRO es de 16000 ppm de TDS, pero las concentraciones de CaSO4 y SiO2 son muy altas. Por lo tanto, la concentración de la salmuera mixta es aún menor que la del agua de mar pura, y la concentración de algunos iones nocivos también es menor que la de la salmuera residual de BWRO. Por lo tanto, el personal científico y técnico israelí diseñó utilizar una mezcla de BWRO y agua de mar como suministro de agua para la desalinización de agua de mar SWRO, aumentando así la tasa de producción de agua dulce de la desalinización de agua de mar y reduciendo los costos. Una gran cantidad de experimentos en la planta han demostrado que cuando la proporción de mezcla de salmuera restante de BWRO y agua de mar es de 6:4, se pueden lograr buenos efectos integrales [4]. Actualmente, la planta está utilizando esta proporción para mezclar la salmuera restante de BWRO y el agua de mar para producir agua dulce. La concentración de la salmuera mezclada es de 31.600 ppm de TDS. El proceso BWRO de la planta produce aproximadamente 36.000 m3 de agua dulce por día, y la salmuera restante producida por las otras dos plantas BWRO se mezcla con agua de mar para producir 10.000 m3 de agua dulce por día a través del proceso SWRO. El agua dulce producida por BRWO y SWRO supera los estándares de agua potable de Israel. Durante la visita probamos el agua dulce producida y no detectamos ningún sabor salado.
Desde que la planta se puso en funcionamiento, el flujo del proceso se ha mejorado continuamente, la eficiencia de la producción se ha mejorado año tras año y los costes se han reducido continuamente. Entre ellos, el consumo de energía de BRWO ha caído de los 4,2 KWH/m3 iniciales a los menos de 2 KWH/m3 actuales, mientras que la tasa de conversión ha aumentado de menos del 50 % al 70 % actual. El consumo de energía de SWRO también ha caído de los 4,19 KWH/m3 iniciales a 3,9 KWH/m3, y la producción también ha aumentado de 8.000 m3/día a los 10.000 m3/día actuales.
Al final del recorrido preguntamos por qué las tasas de conversión y los costos de BWRO se deben en gran medida a SWRO, entonces por qué no aumentar la capacidad de desalinización de agua salobre para satisfacer la demanda de agua e introducir la desalinización de agua de mar, que es mucho más costosa. ? La respuesta es que el agua salobre en el Valle de Ayala también es limitada, y gran parte de ella es agua subterránea formada por el irrecuperable ciclo antiguo del agua, por lo que se debe restringir su uso y aumentar en el futuro la desalinización del agua de mar. El funcionamiento de este dispositivo puede realizar en gran medida la prueba de tecnología mejorada, logrando así los efectos duales de producción y prueba. Se puede ver que el espíritu de los israelíes de prepararse para un día lluvioso en realidad puede reflejarse en muchos aspectos del espíritu israelí. Quizás este sea un factor importante en sus continuos milagros.