Recuperar agua procedente de agua salada contaminada puede aumentar el suministro de agua y reducir el daño ambiental

El mundo busca más agua limpia. Las tormentas intensas y el clima más cálido han empeorado las sequías y reducido la cantidad de agua limpia subterránea y en la superficie de ríos y lagos.

Bajo la presión de proporcionar agua para beber y para riego, personas de todo el mundo están tratando de descubrir cómo ahorrar, conservar y reutilizar el agua de diversas maneras, incluida la reutilización de aguas residuales tratadas y la eliminación de sales valiosas del agua de mar.

Pero a pesar de toda el agua limpia que pueden producir, estos procesos, así como las industrias que utilizan mucha agua como la minería, la manufactura y la producción de energía, inevitablemente dejan atrás un tipo de líquido llamado agua salina: agua que contiene altas concentraciones de sales, metales y otros contaminantes. Y estoy trabajando para extraer agua de esa fuente potencial.

La estimación más reciente disponible sobre la producción mundial de agua salada la sitúa en 25.200 millones de galones por día, suficiente para llenar casi 60.000 piscinas olímpicas cada día. Eso es aproximadamente una doceava parte del uso diario de agua en los hogares estadounidenses. Sin embargo, esa estimación de agua salada es de 2019; En los años posteriores, se estima que la producción de agua salada ha aumentado debido a la continua expansión de las plantas desalinizadoras.

Eso es mucha agua, si se puede limpiar y hacer utilizable.

Una breve explicación de la ósmosis inversa, el resto del agua sucia se conoce como agua salada. ¿Cómo se elimina la solución salina?

Hoy en día, la mayor parte del agua salada que se produce a lo largo de la costa se vierte al océano. Las ciudades del interior que no cuentan con esta opción suelen dejar agua salada en estanques para que se evapore, mezclarla con otras aguas residuales o inyectarla en pozos profundos para su eliminación.

Sin embargo, la mayoría de estos métodos requieren estrictas estrategias de protección y monitoreo ambiental para minimizar el daño ambiental.

Por ejemplo, el contenido extremadamente alto de sal en la salmuera de las plantas desalinizadoras puede matar a los peces o ahuyentarlos, como ha sucedido cada vez más desde la década de 1980 frente a la costa de Bahréin.

Los estanques de evaporación requieren revestimientos especializados para evitar que el agua salada se filtre al suelo y contamine el agua subterránea. Y cuando toda el agua se evapora, los sólidos restantes deben eliminarse inmediatamente para evitar que se lleven el viento como polvo. Esto también está sucediendo en la naturaleza: a medida que el Gran Lago Salado de Utah se seca, el polvo de sal arrastrado por el viento ya ha contribuido a una contaminación del aire significativa, como lo señaló el Departamento de Calidad del Aire de Utah.

La salmuera inyectada en el suelo de Oklahoma, incluso por pozos utilizados para la fracturación hidráulica de petróleo y gas natural, fue uno de varios factores que llevaron a un aumento de 40 veces en la actividad sísmica en el período de cinco años de 2008 a 2013, en comparación con los 31 años anteriores. Y se ha documentado que las aguas residuales se filtran desde pozos subterráneos a la superficie.

Nubes de polvo se elevan desde el lecho del Gran Lago Salado de Utah en enero de 2025. Nuevas tecnologías de tratamiento de la División de Calidad del Aire de Utah

Investigadores como yo exploramos cada vez más el potencial del agua salada no como residuo, sino como fuente de agua y de materiales valiosos, como sodio, litio, magnesio y calcio.

Actualmente, los métodos de recuperación de agua salada más eficaces utilizan calor y presión para hervir el agua de la salmuera, capturar el agua en forma de vapor y dejar los metales y las sales como sólidos. Pero esos sistemas son costosos de construir, su funcionamiento consume mucha energía y son físicamente grandes.

Otros métodos de tratamiento conllevan compensaciones únicas. La electrodiálisis utiliza electricidad para extraer sal y partículas cargadas del agua a través de membranas especiales, separando el agua más limpia de una corriente salina más concentrada. Este proceso funciona mejor cuando el agua ya está relativamente limpia, ya que la suciedad, los aceites y los minerales pueden obstruir o dañar rápidamente las membranas, reduciendo el rendimiento del equipo.

La destilación por membrana, por el contrario, calienta el agua de modo que sólo el vapor de agua pasa a través de la membrana repelente al agua, dejando sales y otros contaminantes. Aunque en principio es eficaz, este enfoque puede ser lento, consumir mucha energía y ser costoso, lo que limita su uso a mayor escala.

Un remolque que contiene un pequeño sistema de recuperación de agua. Mervyn Xuyang Lim, CC BI-SA Una mirada a sistemas descentralizados más pequeños

Los sistemas más pequeños pueden ser eficientes, con costos iniciales más bajos y procesos de inicio más rápidos.

En la Universidad de Arizona, dirijo las pruebas de un sistema de recuperación de salmuera de seis pasos conocido como STREAM (separación, tratamiento y recuperación electroquímica y por membrana) para la recuperación continua de salmuera municipal, que es el agua salada que queda del tratamiento de aguas residuales.

El sistema combina métodos convencionales como la ultrafiltración, que elimina partículas y microbios mediante filtros finos, y la ósmosis inversa, que elimina las sales disueltas empujando el agua a través de una membrana densa, pasando por una celda electrolítica, un método que no se utiliza habitualmente en el tratamiento del agua.

Nuestro estudio anterior ha demostrado que podemos recuperar cantidades utilizables de productos químicos como el hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico a una sexta parte del costo de compra comercial. Y nuestros cálculos iniciales han demostrado que el sistema integrado puede recuperar hasta el 90% del agua, reduciendo significativamente el volumen de lo que queda por eliminar. El agua limpia es a su vez apta para beber después de una desinfección final con rayos ultravioleta o cloro.

Actualmente estamos construyendo un sistema piloto más grande en Tucson para que los investigadores lo estudien más a fondo. Esperamos saber si podemos utilizar este sistema para recuperar otras fuentes de agua salada y estudiar su eficacia para eliminar virus y bacterias para el consumo humano.

Nos asociamos con otros investigadores de la Universidad de Nevada Reno, la Universidad del Sur de California y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. para ayudar a las comunidades del suroeste a proporcionar un suministro de agua confiable mediante la reutilización segura de las aguas residuales municipales para el uso diario.