La salmuera (o agua salada ) es agua con una solución de sal de alta concentración (normalmente cloruro de sodio o cloruro de calcio ). En diversos contextos, salmuera puede referirse a soluciones salinas que van desde aproximadamente el 3,5% (una concentración típica de agua de mar , en el extremo inferior de la de las soluciones utilizadas para encurtir alimentos) hasta aproximadamente el 26% (una solución saturada típica , dependiendo de la temperatura). ). La salmuera se forma naturalmente debido a la evaporación del agua salina subterránea, pero también se genera en la extracción de cloruro de sodio. [1] La salmuera se utiliza para procesar y cocinar alimentos ( decapado y salmuera ), para descongelar carreteras y otras estructuras, y en una serie de procesos tecnológicos. También es un subproducto de muchos procesos industriales, como la desalinización , por lo que requiere tratamiento de aguas residuales para su adecuada eliminación o posterior utilización ( recuperación de agua dulce ). [2]
Las salmueras se producen de múltiples formas en la naturaleza. La modificación del agua de mar mediante 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 dichos 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 su formación, estas salmueras criogénicas son, por definición, más frías que la temperatura de congelación del agua de mar y pueden producir una característica llamada brinícula donde las salmueras frías descienden, congelando el agua de mar circundante.
La salmuera que brota de la superficie en forma de manantiales de agua salada se conoce como "lame" o "salinas". [3] El contenido de sólidos disueltos en las aguas subterráneas varía mucho de un lugar a otro de la Tierra, tanto en términos de componentes específicos (por ejemplo, halita , anhidrita , carbonatos , yeso , sales fluoradas , haluros orgánicos y sales sulfato ) como en términos de el nivel de concentración. Utilizando una de varias clasificaciones de agua subterránea basada en el total de sólidos disueltos (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, particularmente después de la fracturación hidráulica de un pozo.
Usos
Culinario
La salmuera es un agente común en el procesamiento y cocción de alimentos. La salmuera se utiliza para conservar o condimentar la comida. La salmuera se puede aplicar a verduras , quesos , frutas y algunos pescados en un proceso conocido como encurtido . La carne y el pescado normalmente se remojan en salmuera durante períodos de tiempo más cortos, como una forma de marinado , realzando su ternura y sabor , o para prolongar el período de almacenamiento.
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:
Cátodo: 2 H + + 2 e − → H 2 ↑
Ánodo: 2 Cl − → Cl 2 ↑ + 2 e −
Proceso general: 2 NaCl + 2 H 2 O → Cl 2 + H 2 + 2 NaOH
fluido refrigerante
La salmuera se utiliza como fluido secundario en grandes instalaciones frigoríficas para el transporte de energía térmica . Las salmueras más utilizadas se basan en cloruro de calcio y cloruro de sodio , que son 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 considerablemente por el costo comparativamente bajo del material. El punto de congelación más bajo que se puede obtener para la salmuera de NaCl es -21,1 °C (-6,0 °F) a una concentración de 23,3% de NaCl en peso. [5] Esto se llama punto eutéctico .
Debido a sus propiedades corrosivas, las salmueras a base de sal han sido reemplazadas por líquidos orgánicos como el etilenglicol . [6]
Algunos barcos pesqueros utilizan salmuera pulverizada con cloruro de sodio para congelar el pescado. [7] La temperatura de la salmuera es generalmente de -5 °F (-21 °C). Las temperaturas de congelación por ráfaga de aire son de -31 °F (-35 °C) o inferiores. Dada la temperatura más alta de la salmuera, la eficiencia del sistema frente a la congelación por ráfaga de aire puede ser mayor. El pescado de alto valor normalmente se congela a temperaturas mucho más bajas, por debajo del límite práctico de temperatura para la salmuera.
Ablandamiento y purificación de agua.
La salmuera es un agente auxiliar en los sistemas de purificación y ablandamiento de agua que utilizan 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 participa 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 recipiente de resina hasta que se considera que la resina se ha agotado y el agua se purifica al nivel deseado. Luego, la resina se regenera lavando secuencialmente el lecho de resina para eliminar los sólidos acumulados, lavando 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]
deshielo
En temperaturas más bajas, se puede utilizar una solución de salmuera para descongelar o reducir las temperaturas bajo cero en las carreteras. [11]
Temple
El enfriamiento es un proceso de tratamiento térmico al 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 mejora la uniformidad del proceso de enfriamiento y la transferencia de calor. [12]
Las características del vertido dependen de diferentes factores, como la tecnología de desalación utilizada, 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 el mismo misma temperatura y oxígeno disuelto que el agua de mar utilizada. [15] [16]
químicos disueltos
El vertido podría contener trazas de productos químicos utilizados durante los tratamientos industriales que se aplican, 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 prácticamente se consumen durante el proceso y las concentraciones en el vertido son muy bajas, las cuales prácticamente se diluyen durante el vertido, sin afectar los ecosistemas marinos . [18] [19]
El vertido generalmente se vierte de nuevo al mar, a través de un emisario submarino o vertido costero, debido a su menor coste energético y económico respecto a otros métodos de vertido. [19] [23] Debido a su aumento de salinidad, la descarga tiene una mayor densidad en comparación con el agua de mar circundante. Por 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 descarga, las condiciones oceanográficas y ambientales del punto de descarga, entre otros. [15] [24] [23] [27]
Ambiente marino
La descarga de salmuera podría provocar un aumento de la salinidad por encima de ciertos niveles umbrales, lo que tiene el potencial de afectar a las comunidades bentónicas , especialmente aquellas más sensibles a la presión osmótica, y finalmente tener un efecto en su abundancia y diversidad. [28] [29] [30]
Sin embargo, si se aplican medidas de mitigación adecuadas, los posibles impactos ambientales de las descargas de las plantas SWRO se pueden minimizar 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 la superficie afectada por el vertido, garantizando un desarrollo sostenible del proceso de desalación sin impactos significativos sobre el medio marino. ecosistemas. [31] [32] [33] [34] [35] [27] [36] Cuando se han detectado afectaciones notorias en el medio ambiente circundante a las áreas de vertido, generalmente corresponde a antiguas plantas desaladoras en las que no se implementaron las medidas de mitigación correctas. . [37] [31] [38] Algunos ejemplos los podemos 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 descarga cuando se adopten las medidas adecuadas. [33] [27]
Medidas de atenuación
Las medidas de mitigación que normalmente se emplean para evitar impactos negativos en el entorno marino sensible se enumeran a continuación: [39] [40] [41]
Mecanismos de descarga bien diseñados, empleando el uso de difusores eficientes o predilución de las descargas con agua de mar.
Un estudio de evaluación ambiental , que valore la correcta ubicación del punto de descarga, considerando variables geomorfológicas y oceanográficas, como corrientes , batimetría y tipo de fondo, que favorezcan un rápido proceso de mezcla de las descargas;
La implementación de un adecuado programa de vigilancia ambiental , que garantice el correcto funcionamiento de las plantas desaladoras durante su fase operativa, permitiendo un diagnóstico preciso y temprano de potenciales amenazas ambientales.
Regulación
Actualmente, en muchos países, como España , Israel , Chile y Australia , se requiere el desarrollo de un riguroso proceso de evaluación de impacto ambiental , tanto para la fase de construcción como para la de operación. [42] [43] [44] Durante su desarrollo, se establecen dentro de la normativa ambiental local las herramientas de gestión legal más importantes, para prevenir y adoptar medidas de mitigación que garanticen el desarrollo sustentable de los proyectos de desalinización. Esto incluye una serie de herramientas administrativas y de seguimiento ambiental periódico, para adoptar medidas preventivas, correctoras y de seguimiento 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 Monitoreo Ambiental (PVA), con el fin de evaluar la efectividad de las medidas preventivas y correctivas establecidas durante el proceso de evaluación ambiental, y así garantizar la operación de las plantas desaladoras sin produciendo impactos ambientales significativos. [47] [48] Los PVA establecen una serie de requisitos de obligado cumplimiento que se relacionan principalmente con el monitoreo del vertido, utilizando 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 ingesta de agua de mar y aquellos que potencialmente pueden estar relacionados con efectos en el medio ambiente terrestre .
La salmuera de aguas residuales puede suponer un peligro medioambiental importante, tanto por los efectos corrosivos y sedimentadores de las sales como por la toxicidad de otros productos químicos diluidos en ella. [49]
La salmuera no contaminada procedente de plantas desalinizadoras y torres de refrigeración puede devolverse al océano. Del proceso de desalinización se produce salmuera rechazada, lo que supone potenciales daños a la vida y hábitats marinos. [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 una central eléctrica. Dado que la salmuera es más pesada que el agua de mar y se acumularía en el fondo del océano, se requieren métodos para garantizar una difusión adecuada, como la instalación de difusores submarinos en las alcantarillas . [51] Otros métodos incluyen el secado en estanques de evaporación , la inyección en pozos profundos y el almacenamiento y reutilización de la salmuera para fines de riego, deshielo o control de polvo. [49]
Las tecnologías para el tratamiento de salmueras contaminadas incluyen: procesos de filtración por membrana, como ósmosis inversa y ósmosis directa ; procesos de intercambio iónico como la electrodiálisis o el intercambio catiónico con ácido débil ; o procesos de evaporación, tales como concentradores térmicos de salmuera y cristalizadores que emplean recompresión mecánica de vapor y vapor. Nuevos métodos para la concentración de salmuera por membrana, que emplean ósmosis inversa asistida osmóticamente 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 diversas salmueras incluyen K + , Mg 2+ , Ca 2+ y Sr 2+ . Los últimos tres son problemáticos porque forman incrustaciones y reaccionan con los jabones. Además del cloruro, las salmueras a veces contienen Br e I y , lo que es más problemático, SO.2-4 . Los pasos de purificación a menudo incluyen la adición de óxido de calcio para precipitar hidróxido de magnesio sólido junto con yeso (CaSO 4 ), que puede eliminarse mediante filtración. Se logra una purificación adicional mediante cristalización fraccionada . La sal purificada resultante se llama sal evaporada o sal al vacío . [1]
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