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Salmuera

La salmuera (o agua salada ) es agua con una solución de sal en alta concentración (normalmente cloruro de sodio o cloruro de calcio ). En diversos contextos, la salmuera puede referirse a las soluciones de sal que van desde aproximadamente el 3,5% (una concentración típica del agua de mar , en el extremo inferior de la de las soluciones utilizadas para poner en salmuera los alimentos) hasta aproximadamente el 26% (una solución saturada típica , dependiendo de la temperatura). La salmuera se forma de forma natural debido a la evaporación del agua salina subterránea, pero también se genera en la minería de cloruro de sodio. [1] La salmuera se utiliza para el procesamiento y la cocción de alimentos ( encurtido y salazón ), para descongelar carreteras y otras estructuras, y en varios procesos tecnológicos. También es un subproducto de muchos procesos industriales, como la desalinización , por lo que requiere un tratamiento de aguas residuales para su eliminación adecuada o su posterior utilización ( recuperación de agua dulce ). [2]

En la naturaleza

Un técnico de la NASA mide el nivel de concentración de salmuera utilizando un hidrómetro en un estanque de evaporación de sal en San Francisco.

Las salmueras se producen de múltiples formas en la naturaleza. La modificación del agua de mar a través de la evaporación da como resultado la concentración de sales en el fluido residual; se forma un depósito geológico característico llamado evaporita a medida que diferentes iones disueltos alcanzan los estados de saturación de los minerales, típicamente yeso y halita . La disolución de estos depósitos de sal en agua también puede producir salmueras. A medida que el agua de mar se congela, los iones disueltos tienden a permanecer en solución, lo que da como resultado un fluido denominado salmuera criogénica. En el momento de la formación, estas salmueras criogénicas son, por definición, más frías que la temperatura de congelación del agua de mar y pueden producir una característica llamada brinículo, donde descienden salmueras frías que congelan el agua de mar circundante.

La salmuera que aflora en la superficie en forma de manantiales de agua salada se conoce como "colma" o "salines". [3] El contenido de sólidos disueltos en el agua subterránea varía mucho de un lugar a otro de la Tierra, tanto en términos de constituyentes específicos (por ejemplo, halita , anhidrita , carbonatos , yeso , sales de fluoruro , haluros orgánicos y sales de sulfato ) como en cuanto al nivel de concentración. Utilizando una de las diversas clasificaciones de agua subterránea basadas en los sólidos disueltos totales (TDS), la salmuera es agua que contiene más de 100.000 mg/L de TDS. [4] La salmuera se produce comúnmente durante las operaciones de terminación de pozos, en particular después de la fracturación hidráulica de un pozo.

Usos

Culinario

La salmuera es un agente común en el procesamiento y la cocción de alimentos. La salmuera se utiliza para conservar o sazonar los alimentos. La salmuera se puede aplicar a verduras , quesos , frutas y algunos pescados en un proceso conocido como encurtido . La carne y el pescado suelen remojarse en salmuera durante períodos de tiempo más cortos, como una forma de marinado , mejorando su ternura y sabor , o para aumentar el período de conservación.

Producción de cloro

El cloro elemental se puede producir mediante electrólisis de salmuera ( solución de NaCl ). Este proceso también produce hidróxido de sodio (NaOH) y gas hidrógeno (H 2 ). Las ecuaciones de reacción son las siguientes:

Fluido refrigerante

La salmuera se utiliza como fluido secundario en grandes instalaciones de refrigeración para el transporte de energía térmica . Las salmueras más utilizadas se basan en cloruro de calcio y cloruro de sodio , dos materiales económicos . [5] Se utiliza porque la adición de sal al agua reduce la temperatura de congelación de la solución y la eficiencia del transporte de calor se puede mejorar en gran medida por el costo comparativamente bajo del material. El punto de congelación más bajo que se puede obtener para la salmuera de NaCl es de -21,1 °C (-6,0 °F) a una concentración de 23,3 % de NaCl en peso. [5] Esto se denomina punto eutéctico .

Debido a sus propiedades corrosivas, las salmueras a base de sal han sido reemplazadas por líquidos orgánicos como el etilenglicol . [6]

En algunos barcos pesqueros se utiliza salmuera pulverizada con cloruro de sodio para congelar el pescado. [7] La ​​temperatura de la salmuera suele ser de -5 °F (-21 °C). Las temperaturas de congelación por chorro de aire son de -31 °F (-35 °C) o inferiores. Dada la mayor temperatura de la salmuera, la eficiencia del sistema puede ser mayor que la de la congelación por chorro de aire. El pescado de alto valor suele congelarse a temperaturas mucho más bajas, por debajo del límite práctico de temperatura para la salmuera.

Ablandamiento y purificación del agua

La salmuera es un agente auxiliar en los sistemas de ablandamiento y purificación de agua que implican tecnología de intercambio iónico . El ejemplo más común son los lavavajillas domésticos , que utilizan cloruro de sodio en forma de sal para lavavajillas . La salmuera no interviene en el proceso de purificación en sí, sino que se utiliza para la regeneración de la resina de intercambio iónico de forma cíclica. El agua que se está tratando fluye a través del contenedor de resina hasta que se considera que la resina está agotada y el agua se purifica al nivel deseado. Luego, la resina se regenera mediante un retrolavado secuencial del lecho de resina para eliminar los sólidos acumulados, limpiando los iones eliminados de la resina con una solución concentrada de iones de reemplazo y enjuagando la solución de lavado de la resina. [8] Después del tratamiento, las perlas de resina de intercambio iónico saturadas con iones de calcio y magnesio del agua tratada se regeneran sumergiéndolas en salmuera que contiene entre un 6 y un 12 % de NaCl. Los iones de sodio de la salmuera reemplazan a los iones de calcio y magnesio en las perlas. [9] [10]

Descongelación

A temperaturas más bajas, se puede utilizar una solución de salmuera para descongelar o reducir las temperaturas de congelación en las carreteras. [11]

Temple

El temple es un proceso de tratamiento térmico que se utiliza para forjar metales como el acero. Para endurecer el acero se suele utilizar una solución de salmuera, junto con aceite y otras sustancias. Cuando se utiliza salmuera, se consigue una mayor uniformidad del proceso de enfriamiento y de la transferencia de calor. [12]

Desalinización

El proceso de desalinización consiste en la separación de sales de una solución acuosa para obtener agua dulce de una fuente de agua de mar o agua salobre ; y a su vez, se genera un vertido, comúnmente llamado salmuera. [13]

Descarga de salmuera marina en Chile con su vida marina circundante

Características

Las características del vertido dependen de diferentes factores, como la tecnología de desalación utilizada, la salinidad y calidad del agua utilizada, características ambientales y oceanográficas , proceso de desalación realizado, entre otros. [14] Los vertidos de las plantas desaladoras por ósmosis inversa de agua de mar (SWRO), se caracterizan principalmente por presentar una concentración de salinidad que puede, en el peor de los casos, duplicar la salinidad del agua de mar utilizada, y a diferencia de las plantas desaladoras térmicas, tienen prácticamente la misma temperatura y oxígeno disuelto que el agua de mar utilizada. [15] [16]

Productos químicos disueltos

El vertido puede contener trazas de productos químicos utilizados durante los tratamientos industriales aplicados, tales como antiincrustantes , [17] coagulantes , floculantes que se desechan junto con el vertido, y que podrían afectar la calidad físico-química del efluente . Sin embargo, estos son prácticamente consumidos durante el proceso y las concentraciones en el vertido son muy bajas, las cuales se diluyen prácticamente durante el vertido, sin afectar los ecosistemas marinos . [18] [19]

Metales pesados

Los materiales utilizados en las plantas SWRO están dominados por componentes no metálicos y aceros inoxidables , ya que las temperaturas de operación más bajas permiten la construcción de plantas de desalinización con recubrimientos más resistentes a la corrosión . [20] [14] Por lo tanto, los valores de concentración de metales pesados ​​en la descarga de las plantas SWRO son mucho más bajos que los niveles de toxicidad aguda para generar impactos ambientales en los ecosistemas marinos. [21] [14] [22]

Descargar

El vertido generalmente se devuelve al mar, a través de un emisario submarino o de un vertido costero, debido a su menor coste energético y económico en comparación con otros métodos de vertido. [19] [23] Debido a su aumento de salinidad, el vertido tiene una mayor densidad en comparación con el agua de mar circundante. Por lo tanto, cuando el vertido llega al mar, puede formar una pluma salina que tiende a seguir la línea batimétrica del fondo hasta diluirse por completo. [24] [25] [26] La distribución de la pluma de sal puede depender de diferentes factores, como la capacidad de producción de la planta, el método de vertido, las condiciones oceanográficas y ambientales del punto de vertido, entre otros. [15] [24] [23] [27]

Medio ambiente marino

La descarga de salmuera podría provocar un aumento de la salinidad por encima de ciertos niveles umbral que tiene el potencial de afectar a las comunidades bentónicas , especialmente aquellas más sensibles a la presión osmótica, y finalmente tener un efecto sobre su abundancia y diversidad. [28] [29] [30]

Sin embargo, si se aplican medidas de mitigación adecuadas , los potenciales impactos ambientales de los vertidos de las plantas de SWRO pueden minimizarse correctamente. [19] [27] Algunos ejemplos se pueden encontrar en países como España , Israel , Chile o Australia , en los que las medidas de mitigación adoptadas reducen el área afectada por el vertido, garantizando un desarrollo sostenible del proceso de desalación sin impactos significativos en los ecosistemas marinos. [31] [32] [33] [34] [35] [27] [36] Cuando se han detectado efectos notables sobre el medio ambiente circundante a las zonas de vertido, generalmente corresponde a antiguas plantas desaladoras en las que no se implementaron las medidas de mitigación correctas. [37] [31] [38] Algunos ejemplos se pueden encontrar en España, Australia o Chile, donde se ha demostrado que las plumas salinas no superan valores del 5% respecto a la salinidad natural del mar en un radio inferior a 100 m desde el punto de vertido cuando se adoptan las medidas adecuadas. [33] [27]

Medidas de mitigación

Las medidas de mitigación que se emplean habitualmente para evitar el impacto negativo en el medio marino sensible se enumeran a continuación: [39] [40] [41]

Regulación

Actualmente, en muchos países, como España , Israel , Chile y Australia , se exige el desarrollo de un riguroso proceso de evaluación de impacto ambiental , tanto para la fase de construcción como de operación. [42] [43] [44] Durante su desarrollo, se establecen las herramientas de gestión legal más importantes dentro de la regulación ambiental local, para prevenir y adoptar medidas de mitigación que garanticen el desarrollo sostenible de los proyectos de desalación. Esto incluye una serie de herramientas administrativas y de seguimiento ambiental periódico, para adoptar medidas preventivas, correctivas y de seguimiento ulterior del estado del medio marino circundante. [45] [46]

En el contexto de este proceso de evaluación ambiental, numerosos países exigen el cumplimiento de un Programa de Vigilancia Ambiental (PVA), con el fin de evaluar la eficacia de las medidas preventivas y correctivas establecidas durante el proceso de evaluación ambiental, y garantizar así el funcionamiento de las plantas desaladoras sin producir impactos ambientales significativos. [47] [48] El PVA establece una serie de requisitos obligatorios que están relacionados principalmente con el seguimiento del vertido, mediante una serie de mediciones y caracterizaciones basadas en información físico-química y biológica. [47] [48] Además, los PVA también podrían incluir diferentes requisitos relacionados con el seguimiento de los efectos de la captación de agua de mar y aquellos que potencialmente puedan estar relacionados con efectos sobre el medio terrestre .

Aguas residuales

La salmuera es un subproducto de muchos procesos industriales, como la desalinización , las torres de refrigeración de las centrales eléctricas , el agua producida a partir de la extracción de petróleo y gas natural , el drenaje ácido de minas o de rocas , los desechos de ósmosis inversa , el tratamiento de aguas residuales con cloro-álcali , los efluentes de las fábricas de pulpa y papel y los flujos de desechos del procesamiento de alimentos y bebidas. Junto con las sales diluidas, puede contener residuos de productos químicos de pretratamiento y limpieza, sus subproductos de reacción y metales pesados ​​debido a la corrosión.

La salmuera de aguas residuales puede representar un riesgo ambiental significativo, tanto por los efectos corrosivos y formadores de sedimentos de las sales como por la toxicidad de otros productos químicos diluidos en ella. [49]

La salmuera no contaminada de las plantas de desalinización y las torres de refrigeración se puede devolver al océano. A partir del proceso de desalinización, se produce salmuera de desecho, que supone posibles daños a la vida marina y los hábitats. [50] Para limitar el impacto ambiental, se puede diluir con otra corriente de agua, como el emisario de una planta de tratamiento de aguas residuales o de energía. Dado que la salmuera es más pesada que el agua de mar y se acumularía en el fondo del océano, requiere métodos para garantizar una difusión adecuada, como la instalación de difusores submarinos en el alcantarillado . [51] Otros métodos incluyen el secado en estanques de evaporación , la inyección en pozos profundos y el almacenamiento y la reutilización de la salmuera para fines de riego, deshielo o control del polvo. [49]

Las tecnologías para el tratamiento de salmuera contaminada incluyen: procesos de filtración por membrana, como la ósmosis inversa y la ósmosis directa ; procesos de intercambio iónico como la electrodiálisis o el intercambio de cationes de ácidos débiles ; o procesos de evaporación, como concentradores de salmuera térmicos y cristalizadores que emplean recompresión mecánica de vapor y vapor. Nuevos métodos para la concentración de salmuera por membrana, que emplean ósmosis inversa asistida por ósmosis y procesos relacionados, están comenzando a ganar terreno como parte de los sistemas de descarga cero de líquido (ZLD). [52]

Composición y purificación

La salmuera consiste en una solución concentrada de iones Na + y Cl− . El cloruro de sodio per se no existe en el agua: está completamente ionizado. Otros cationes que se encuentran en varias salmueras incluyen K + , Mg2 + , Ca2 + y Sr2 + . Los últimos tres son problemáticos porque forman incrustaciones y reaccionan con jabones. Además del cloruro, las salmueras a veces contienen Br− e I− y , lo más problemático, SO2−
4Los pasos de purificación a menudo incluyen la adición de óxido de calcio para precipitar hidróxido de magnesio sólido junto con yeso (CaSO 4 ), que se puede eliminar por filtración. Se logra una purificación adicional mediante cristalización fraccionada . La sal purificada resultante se denomina sal evaporada o sal al vacío . [1]

Véase también

Referencias

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