Gestión sustentable de aguas residuales para las industrias de energía y minería

Gestión sustentable de aguas
residuales para las industrias de
energía y minería
13 de agosto, 2016
Parte 1: Parámetros hídricos
fundamentales
Sólidos suspendidos, pH y salinidad
La Parte 1: Parámetros hídricos fundamentales, abarcará lo siguiente:

parámetros esenciales de la calidad del agua relacionados con la
gestión de aguas residuales.
Introducción
Sólidos suspendidos, pH y salinidad - Figura 1
Figura 1: Toma de una muestra de agua.
Si planea trabajar en gestión de aguas residuales, o sea, en la toma de muestras, medición de
calidad de aguas y en la aplicación de tratamientos de aguas residuales, usted deberá conocer los
siguientes parámetros de calidad hídrica fundamentales (Figura 1).
Existe una serie de parámetros (términos) clave de calidad del agua que se utilizan para
determinar la calidad del agua actual y que ayudan a definir las condiciones de tratamiento
óptimas. Éstos son:

total de sólidos suspendidos (TSS),

pH,

pH de suelo,

salinidad,

turbidez,

total de sales disueltas (TDS),

sodicidad,

relación de adsorción de sodio (SAR),

tolerancia SAR de los cultivos,

fluoruros,

partículas coloidales, y

radio-nucleótidos.
Total de sólidos suspendidos (TSS)
El TSS es una medida del material inorgánico (no vivo) suspendido en el agua; e.g. el material
suspendido y las partículas del suelo que pueden ser eliminadas mediante filtración, donde el peso
en seco resultante es el total de sólidos suspendidos (TSS).
Experimento:
1. Pese un trozo de papel filtro o una tela fina.
2. Tome una muestra de agua y pásela por un filtro, ya sea por el papel filtro o
por la tela fina.
3. Deje secar la muestra y, luego, pese el papel filtro o la tela delgada.
4. Descuente la diferencia de peso y, el resultado, será el total de sólidos
suspendidos.
Por lo general, está prohibido descargar aguas con un alto TSS directamente al medioambiente y,
normalmente, existe un límite superior de descarga, como lo especifican las condiciones de las
licencias otorgadas por el Estado, la normativa industrial o los estándares medioambientales de
NU.
Habitualmente, los cursos de agua no presentan concentraciones de TSS parejas. Éstas varían de
concentraciones extremas a casi cero concentración de TSS. Las actividades de las industrias de
recursos y otras industrias aumentan el TSS.
Agua del metano de mantos de carbón, esquisto de petróleo y arenas bituminosas
La variabilidad del TSS en las aguas del metano de mantos de carbón (CBMw) y de esquistos de
petróleo (OSw) presentará enturbiamientos causados por un número extremadamente alto de
sólidos suspendidos. La frecuencia de estos enturbiamientos dependerá de lo siguiente:

La antigüedad del pozo, que se traduce en la posición del pozo durante su ciclo de
producción.

o Por ejemplo, el número de enturbiamientos suele ser mayor al inicio mientras que el TSS
mejora considerablemente después de, aproximadamente, 2-3 semanas a 4 meses de
bombeo continuo permanente, excluyendo los colapsos de pozos ocasionales.

La técnica de construcción de pozos utilizada, ya que cada empresa aplica sus propias
técnicas de construcción que, por lo general, resultan en una especie de cavidad/
depresión al final del sondaje. Como tal, esta cavidad/depresión presenta riesgos de
colapsar en cualquier momento.
El colapso de un pozo profundo dependerá de:

la técnica de construcción utilizada;

la magnitud del flujo de infiltración de agua al interior del pozo;

el período de tiempo en que se deje abierta la boca del pozo antes de recubrirlo de acero y
concreto;

la presión de bombeo que se esté aplicando, cambios repentinos en la presión de bombeo,
y la firmeza y resistencia de los estratos localizados al fondo del pozo; y

la resistencia estructural de la roca circundante; las formaciones rocosas más débiles se
pueden desprender lo cual produce la contaminación inmediata del agua que llega a la
superficie.
Minería subterránea y de tajo abierto
Al igual que las aguas superficiales, el agua proveniente de otras actividades subterráneas y de
tajo abierto también presenta enturbiamientos del agua con alto TSS. El grado de concentración en
el agua está directamente relacionado con las perturbaciones provocadas por las operaciones
mineras, las condiciones de la superficie en ese momento (clima lluvioso vs. clima árido) y la
naturaleza del material de origen de donde se extrae el agua. Por ejemplo, las rocas con alto
contenido de limo o arcilla contienen importantes cargas de material coloidal, lo cual no suele
ocurrir con el agua proveniente de mantos de carbón (a menos que el carbón se encuentre entre
dos vetas de arcilla). Sin embargo, el agua procedente de mantos de carbón puede presentar altas
concentraciones de sólidos de carbón de diversos tamaños. Más adelante se analiza la gestión de
esta agua.
Pilas de acopio de mineral
Las escorrentías y fugas desde material ROM (mineral en bruto) y las pilas de acopio de mineral
también contienen altos TSS y, como tales, requieren contención y un plan de gestión de largo
plazo. Este aspecto de gestión debe ser considerado en la etapa de diseño de la alimentación del
proyecto y debe ser planteado en la fase de construcción y de operaciones. Esto permitirá
incorporar estrategias de mitigación de riesgos en el diseño. Por ejemplo, evitar la contaminación,
construir estructuras de contención alrededor y debajo de las pilas de acopio de mineral y
estructuras de contención aguas abajo.
Operaciones de Lixiviación en Pilas y Procesamiento de Mineral
En el caso de operaciones de lixiviación y lixiviación en pila (procesos metalúrgicos), el licor de
procesamiento pasa a través del cuerpo mineralizado y percola el mineral o material rico junto con
los iones, elementos y metales pesados no deseados. Normalmente, el licor es contenido en un
ciclo de circuito cerrado que, en algunos casos, permite que el licor agotado sea reutilizado y
reciclado tras ser sometido a operaciones catalíticas y de depuración. Sin embargo, el licor
agotado debe ser cuidadosamente contenido y manejado ya que, a menudo, la naturaleza química
de éste, excede las condiciones de la licencia y se vuelve químicamente inestable. Si es vertido al
medioambiente sin haber sido tratado, esta sustancia provocará daño medioambiental.
Infraestructuras de superficie
Para mejorar la calidad de las aguas residuales, se deberá hacer una evaluación de riesgos de
toda la infraestructura de la superficie; vale decir, caminos, túneles, corredores de servicio, etc.) y
se deberá contar con drenajes adecuados y opciones de tratamiento de aguas.
pH
En química, el pH representa la concentración de iones de hidrógeno en una solución y mide la
neutralidad de la acidez o alcalinidad de una solución. El pH se puede expresar como un número
de 1 a 14 en una escala logarítmica. Esto significa que un aumento o disminución de 1 unidad de
pH es un aumento o una disminución logarítmica en la concentración de iones de hidrógeno en una
solución, respectivamente.
En el contexto australiano, las CBMw, en comparación con otras aguas residuales, tienden a ser
levemente alcalinas, mientras que las aguas de mina suelen ser ácidas. En términos estadísticos,
el rango del pH de las CBMw corresponde, característicamente, a una distribución de curva normal
“apretada”, con valores agrupados bajo la curva con un pH entre 7 y 9. Durante el ciclo de vida de
un pozo, que suele ser de varios años, el pH del agua puede variar. En Queensland, algunas
tendencias apuntan a un leve aumento del pH en el tiempo. Sin embargo, no existe evidencia que
sugiera que esta tendencia se mantendrá. Sí existe evidencia de importantes variaciones de pH
entre reservorios de agua y gas.
El pH también varía con respecto a la posición de la extracción de agua dentro de una formación
geológica. Por ejemplo, los pozos más próximos a grandes levantamientos de estratos, suelen
presentar un valor de pH ligeramente más bajo que aquéllos ubicados a 300-400 kilómetros de
distancia (esto no ha sido probado en otros lugares).
El pH también varía levemente entre grandes formaciones geológicas, como son las cuencas; e.g.
el pH varía entre las cuencas del Surat, Bowen y la Gran Cuenca Artesiana (distantes a cientos de
miles de kilómetros) y sigue la tendencia observada en las características del agua de pozo dentro
de estas áreas. La profundidad de extracción de agua también podría tener relación con cambios
locales característicos en los niveles de pH.
¿Cuál es la importancia de esto? Para efectos de tratamiento de aguas, el rango de pH ideal para
agua de alimentación oscila entre 6 y 7. Las empresas dedicadas a la desalinización manifiestan
su inquietud cuando el pH comienza a sobrepasar 8.5 o cuando desciende por debajo de 5.5. A
medida que el pH sale de este rango, aumenta la posibilidad de que los iones y metales se
precipiten en la solución. La precipitación puede obstruir seriamente las membranas del proceso de
osmosis inversa. Habitualmente, el valor del pH baja levemente después de la osmosis inversa;
aproximadamente entre 0.5 y 1 unidad de pH.
Sólidos suspendidos, pH y salinidad - Figura 2
Figura 2: El modelo de corbatÃn de pH.
Este concepto se aclara al aplicar el Modelo del Corbatín para el pH (ver Figura 2, derecha). En
este modelo, a medida que uno se aleja del centro (punto óptimo), aumenta el potencial de
precipitación de iones, metales y elementos. El grado de acidez o alcalinidad determina qué iones
estarán presentes en la solución. Las aguas altamente ácidas permiten que algunos iones, metales
y elementos aparezcan en ellas mientras que, en aguas alcalinas, lo que se precipita es un grupo o
clase de iones, metales y elementos completamente distintos.
El agua de mina que viene directo del manto de carbón es muy similar a las CBMw, aunque puede
existir cierto potencial para que el agua de mina de carbón contenga hidrocarburos provenientes
del proceso y maquinaria de extracción por tajo largo. Sin embargo, el agua de mina puede ser de
naturaleza muy ácida como resultado de una serie de factores precursores:

la presencia de bacterias generadoras de ácido.

el mismo proceso de formación del carbón que da origen al tipo de carbón que se extrae;
i.e. ya sea que se haya formado a través de calor u otra forma; y

el período de tiempo durante el cual el agua del carbón está expuesta al aire es
directamente proporcional con el grado de oxidación que sea producido.
El mineral, el ROM y las pilas de acopio de carbón también producen drenaje ácido (bajo pH). El
grado de acidez también dependerá de las características anteriores. Estas aguas no deben ser
descargadas sin antes ser tratadas. En general, el drenaje ácido de mina no debe ser vertido al
medioambiente pues afecta, con frecuencia, de manera fatal, la sobrevivencia de los organismos
(en todas las escalas) que antes sí lograban sobrevivir en aquel hábitat de descarga.
pH del agua del suelo
Desde una perspectiva agrícola, el pH también es importante porque afecta considerablemente el
crecimiento de las plantas, la existencia de nutrientes, la toxicidad elemental y la actividad
microbiana. En términos agrícolas, el pH del agua del suelo tiene una incidencia directa en el
crecimiento de los vegetales.
Esto ocurre porque existen diversos nutrientes minerales disponibles en diversas concentraciones
dependiendo del pH del agua del suelo. A ciertos niveles de pH, algunos nutrientes minerales
permanecen con otros minerales y no llegan a la planta; e.g. fósforo, nitrógeno y potasio
(componentes clave de las células vegetales) casi no llegan a la planta con un nivel de pH 4, pero
sí las nutren a niveles entre 6 y 8.
Por ejemplo, las plantaciones de algodón tienen un pH ideal para el agua del suelo que varía entre
5.5 - 7.0. Un pH superior a 7, puede limitar la disponibilidad de ciertos nutrientes como el zinc. Esto
puede ser lo que ocurre en las zonas algodoneras áridas y semiáridas donde la alcalinidad del
suelo es entre moderada (i.e. pH 7 - 8.5) y alta (i.e. > 8.5).
A la inversa, si el pH es inferior a 5, la disponibilidad de algunos nutrientes, como el fósforo, calcio,
magnesio y el microelemento molibdeno es muy baja y la adsorción y el crecimiento de la planta
serán limitados.
Por otra parte, a medida que baja el pH, algunos cationes (e.g. hierro y aluminio) generalmente
insolubles, pueden ser descargados en la solución del suelo. Como resultado, la planta perderá
vigor por la sensibilidad al ion de aluminio que presentan muchas raíces vegetales.
Con frecuencia, la adaptación del pH del suelo termina en la re-adsorción o el envío de los
nutrientes de regreso al agua que adsorben las plantas. Por lo tanto, es discutible que el pH sea la
única y más importante herramienta de diagnóstico en el manejo químico de la irrigación.
Salinidad
La razón por la cual se debe considerar el nivel de salinidad en cualquier requerimiento de agua es
porque, en concentraciones relativamente bajas, la sal afecta, a muy largo plazo, la sustentabilidad
de la agricultura, la estructura y textura del suelo y los sistemas de vida que alberga el suelo. En un
lapso de tiempo relativamente corto, las aguas salinas pueden alterar y destruir la estructura del
suelo, impidiendo que terrenos alguna vez cultivables, vuelvan a ser utilizados sin antes someterlos
a costosos tratamientos de rehabilitación. Existen numerosos e importantes ejemplos de este tipo
de impacto en el mundo.
El otro impacto inmediato se aprecia con la aplicación de aguas salinas a árboles y plantaciones.
En ambos casos, las aguas salinas simplemente revierten o detienen las gradientes osmóticas en
las paredes de las células y la planta se debilita y muere. Esto puede tener efectos nocivos en las
plantaciones y en las tierras de cultivo. Por esta razón, la aplicación de aguas residuales no
tratadas con fines de regadío demanda un detenido análisis, medidas y planificación.
Curiosamente, en algunas zonas remotas, los efluentes terciarios y las aguas locales no tratadas
(de superficie y de pozo) pueden presentar niveles de salinidad relativamente altos; e.g. se han
registrado niveles de salinidad de 1500 a 3700ppm y aún más altos. El agua de pozo puede tener
un nivel de salinidad extremadamente alto; por ejemplo, superior a 13 000ppm, en comparación
con el nivel del agua de mar cercano a 37500ppm, agua potable cerca de 500ppmm mientras que
se han detectado niveles de salinidad de 52ppm en el agua de lluvia.
En la cuenca del Surat, en Australia, se han identificado niveles de CBMw entre1500ppm hasta
8500ppm, donde las CBMw han presentado un promedio de 4200ppm cerca de la costa. En la
cuenca Bowen, más hacia el noroeste, las tendencias de salinidad del agua dependen del manto
de carbón que se esté operando, con varios pozos que han registrado niveles de 1500ppm. No
obstante, existen casos de otros pozos que han arrojado lecturas mucho más altas dentro del
mismo yacimiento gasífero.
La salinidad del agua también depende de la profundidad, de los estratos de rocas y de la
naturaleza del acuífero de donde se extraiga la muestra. La tendencia general va desde niveles de
salinidad relativamente bajos en el aluvial superior del río hasta niveles de salinidad superiores en
la arenisca y acuíferos inferiores.
Lección aprendida: nunca suponer que la calidad del agua será la misma en un
pozo o yacimiento gasífero que en otro o de una mina a otra.
Todas las aguas extraídas de mantos carboníferos, e.g. CBMw o aguas de minas de carbón,
contienen distintos tipos y concentraciones de sal: cloruro de sodio (NaCl), carbonato de sodio y
bicarbonato de calcio. Los iones de estas sales son muy reactivos y destructivos de las sales del
suelo. Este proceso se analiza en más detalle en la Parte 5 sobre Regadío.
Luego de aplicar el tratamiento de “osmosis inversa” a las aguas residuales, los niveles de
salinidad suelen descender drásticamente a < 200 ppm. La Guía para la Calidad del Agua de
Australia/NZ recomienda un objetivo de 500ppm para el agua potable. Lo que recomienda
Queensland en la actualidad es < 1,000 ppm para la aplicación beneficiosa de CBMw tratadas.
Otros parámetros de calidad del agua
Turbidez
Una medida de turbidez es la concentración de “nubosidad” que se ve en el agua cuando ésta se
ve a contraluz. Por lo general, esta “nubosidad” consiste en partículas que no se aprecian
individualmente a simple vista. La turbidez es directamente proporcional a la presencia de sólidos y
material coloidal en suspensión en el agua.
La turbidez se mide por el grado de propagación de un haz de luz al pasar a través del agua. El
grado de propagación se mide en “Unidades Nefelométricas de Turbidez” (NTU). Algunas plantas
de procesamiento de agua apuntan a lograr un NTU de 0.1 para el suministro de agua potable. El
nivel de las CBMw es bastante alto; e.g. 230 NTU+ por las razones antes analizadas, como el
proceso de agitación mientras se extrae el agua.
Los sólidos gruesos pueden ser removidos con técnicas de centrifugado como hidrociclones,
retención en tranques, filtros de disco, filtros de arena y osmosis inversa. La aplicación de procesos
de filtrado, como la osmosis inversa, eliminará la turbidez a niveles < 1 mg/l. Sin embargo, estos
métodos no eliminarán ni reducirán las partículas coloidales extremadamente finas en suspensión,
la presencia de elementos o los iones de metales pesados, los aromáticos ni otros hidrocarburos.
Luego de la remoción de los sólidos gruesos, es necesario considerar también otras técnicas
vigentes para mejorar la calidad del agua.
"Esto se refiere a una serie de tratamientos que se aplican uno tras otro en una tubería; por
ejemplo, para tratar aguas de desechos, usar una serie de tratamientos como retención de agua en
una presa, luego bombear el agua de la presa mediante usa serie de hidrociclones y luego filtrar el
agua usando las técnicas descritas a continuación.
En la primera etapa del tratamiento del agua, los sólidos gruesos se pueden eliminar, simplemente,
manteniendo el agua en reposo en un tranque. Pero esta estrategia de utilizar un embalse de
retención o un “tiempo de retención” para mantener el agua en un tranque y reducir el contenido de
sólidos antes del pre-tratamiento puede fallar, ya que el tiempo de retención puede ser insuficiente
para que las partículas se decanten lo necesario. Por otra parte, cuando hay grandes volúmenes
que están entrando o saliendo de la zona de retención, se forman corrientes que vuelven a
suspender los coloides y hacen fracasar el proceso de sedimentación..
Otra estrategia puede ser utilizar un embalse de retención y un banco de hidrociclones (se está
usando) y, luego, una macro, micro o ultra filtración.
Total de sales disueltas (TDS)
El total de sales disueltas es una medida de los componentes orgánicos e inorgánicos del agua,
Por lo general, las sales disueltas están formadas por coloides, sustancias químicas orgánicas e
inorgánicas, en un líquido de forma molecular, ionizada y microgranular. Las operaciones y
procesos de lixiviado y lixiviación en pilas utilizan soluciones saturadas y, en algunos casos,
soluciones supersaturadas. Descargar estas soluciones a las aguas lluvia no hará que éstas
adquieran las condiciones de calidad para su descarga. El objetivo de tratar las aguas residuales
es eliminar estas sales de la solución.
Sodicidad
La sodicidad es una medida de la concentración de iones (sodio) en el suelo; o sea, altos niveles
de iones de sodio hacen que el suelo se fragmente y se disperse fácilmente por los efectos de la
lluvia y el viento. Los altos niveles de sodio provocan que la textura del suelo se rompa ya que las
barreras contra los elementos de la erosión (la textura del suelo, la regulación y la cohesión
química del suelo) se degradan y son destruidas por la sal. En este caso, los iones del suelo
(sales) y las arcillas son movilizados, tapan los espacios de poros y endurecen el suelo. Este suelo
endurecido está formado por capas, dentro del suelo, que reducen la penetración de agua y la
adsorción de agua de las plantas.
Los altos niveles de iones de sodio desplazan a otros iones presentes en el agua del suelo
impidiendo, de esta forma, que las plantas adsorban los nutrientes lo cual, a su vez, no les permite
crecer adecuadamente y, a veces, arruina las cosechas.
El suelo endurecido disminuye la penetración de agua y daña la envolvente de las raíces de
plantas y árboles. El efecto es bastante evidente (i.e. las plantas mueren y el suelo se erosiona).
Ejemplos de este efecto existen en todas partes del mundo donde la aplicación excesiva de
fertilizante o el riego con agua salada terminan destruyendo los cultivos y desertificando el área
local.
Cuando la calidad del agua del suelo desciende por debajo de la capacidad de regulación natural
del suelo, la sodicidad aumenta, y el nivel de impacto estará en directa relación con las
concentraciones de fertilizantes y el agua salada que se usa para irrigar. Esto tiene repercusiones
directas en la aplicación de aguas residuales con similar contenido de sal.
Relación de adsorción de sodio (SAR)
La sodicidad se puede medir y su impacto se puede predecir aplicando la relación de adsorción de
sodio (SAR). El SAR se define como la proporción entre los iones de sodio e iones de calcio y de
magnesio. Ésta es la proporción de sodio soluble en agua (Na+) con respecto al calcio (Ca++) más
magnesio (Mg++) en el suelo y se calcula con la siguiente fórmula:
Si usted envía sus muestras a laboratorios externos a su operación, éstos le indicarán el SAR.
En la fórmula anterior, los iones están expresados en miliequivalentes por litro (meq/l). Para
convertir ppm o mg/l Na+ a meq/l, dividir por 23; para Ca++ dividir por 20; y para Mg++ dividir por 12.2.
Existen muchas variaciones entre el agua de CBMw, de mina y de esquisto de petróleo. Sin
embargo, todas ellas presentan un alto SAR. Las aguas CBMw de Australia suelen sobrepasar los
110 meq/l y algunas llegan hasta 170+ meq/l, mientras que las aguas de la comunidad local
alcanzan entre 10 meq/l y 11 meq/l.
Como muestra de la preocupación de la comunidad, debido a los efectos adversos demostrados
que provocan los altos valores de SAR contenidos en las aguas de regadío, las Regulaciones del
Gobierno de Queensland (Australia) han limitado el SAR de las aguas CBMw tratadas con fines de
irrigación a menos de 8 meq/l.
Tolerancia SAR de los cultivos
El crecimiento óptimo de las plantas se puede conseguir con un SAR inferior a 9. La siguiente
Tabla indica las tolerancias SAR de diferentes plantaciones (es solo una pauta). Esta Tabla no
refleja la degradación progresiva del suelo con la aplicación sostenida de aguas con niveles de
SAR cada vez mayores. Otros estudios indican que los SAR superiores a 9 degradan el suelo,
paulatinamente, a lo largo del tiempo.
Tabla 1: Tolerancia de algunos cultivos a varios niveles de SAR
Tolerancia
SAR de agua de
irrigación
Cultivo
Muy sensible
2–8
Frutas, nueces, cítricos, paltas
Sensible
8–18
Porotos
Moderadamente
tolerante
18–46
Alfalfa, avena, arroz
Tolerante
46–102
Trigo, cebada, tomates, betarragas, otras
variedades de trigo
Tabla 1: Tolerancia de algunos cultivos a varios niveles de SAR
Fluoruros
Existen muchos compuestos en el suelo y en los distintos tipos de roca que contienen fluoruros o el
elemento flúor. y se encuentran en las CBMw bajo la forma de anión fluoruro F -.
Las pautas sobre calidad del agua de Australia y Nueva Zelandia y la normativa EPA de
Queensland advierten que las concentraciones superiores a 2mg/L en aguas para el consumo
animal podrían provocar “fluorosis” en individuos susceptibles.
La cantidad de fluoruro en las CBMw varía entre los distintos yacimientos gasíferos, donde los
yacimientos más cercanos a grandes levantamientos o mantos con “buzamiento hacia arriba”, i.e.
cercanos a la superficie, tienden a contener menos fluoruros que los yacimientos gasíferos
ubicados a mayor profundidad (aunque, por lo que sabe el autor, esto no ha sido probado en otras
partes). El otro factor que incide en la concentración de fluoruros está relacionado con el tipo o
naturaleza autógena del carbón; i.e. si es de origen térmico u otro.
Partículas coloidales
Las partículas coloidales son muy pequeñas y finas; miden entre 1 nm a 1µm. En la mayoría de los
casos, se trata de partículas polimoleculares y suelen ser de origen arcilloso u orgánico. También
pueden ser partículas inorgánicas, virus o microbios.
Los coloides poseen distintas cargas en la superficie y, al medirlos, han demostrado tener cargas
superficiales netas negativas y cargas netas positivas. Cuando están en suspensión, se
encuentran separados entre sí por una carga (anión-catión) y, por esa razón, se mantienen
suspendidos.
Los coloides exhiben movimientos electroforéticos; i.e. cuando la luz pasa por una columna de
agua que está sujeta a una corriente eléctrica fluctuante es posible ver los movimientos de los
coloides en el líquido.
La sedimentación gravitacional puede clarificar los coloides del agua. Sin embargo, esto podría
tardar muchos días y el tiempo requerido podría no ser eficiente al momento de tratar grandes
volúmenes de agua, por el tiempo escaso tiempo de retención. Con el paso de los días se puede
observar cómo se decantan los coloides en los tranques o embalses.
Radio-nucleótidos
Cuando el agua se extrae de acuíferos, minas y formaciones rocosas con un alto contenido de
radio-nucleótidos, éstos se pueden concentrar en las aguas residuales producto del proceso de
osmosis inversa. Cualesquiera sean los radio-nucleótidos presentes en el agua, éstos estarán
concentrados en la salmuera. Otro ejemplo de esta inesperada concentración de radio-nucleótidos
ocurre durante algunos de los procesos subterráneos de licuefacción del gas, donde se queman
sólidos y se liberan gases. Cualquier licor residual de este proceso contendrá las fracciones de
radio-nucleótidos concentrados. De igual forma, también pueden estar presentes otros productos
químicos inestables o sustancias químicas peligrosas. Cuando se considere el destino de largo
plazo de estos materiales, es aconsejable verificar las concentraciones de radio-nucleótidos en los
líquidos o sólidos procesados.
En la Parte 1: Parámetros hídricos fundamentales, hemos abarcado los
siguientes puntos:

parámetros esenciales de la calidad del agua relacionados con la
gestión de aguas residuales.
Parte 2: Análisis e impactos en los
suelos
Análisis del suelo
En la Parte 2: Análisis de suelo e impacto, se abarcarán los siguientes puntos:

clasificación de los suelos en terreno

el proceso de osmosis

el efecto de los altos niveles de iones de sal en la química del suelo
Introducción
En la Parte 2 se aprende la terminología y procesos aplicados en la medición y monitoreo de
químicos del suelo y agua del suelo. Por ejemplo, si el riego con aguas residuales tratadas es la
solución más sustentable, será fundamental para el proceso identificar el tipo y características del
suelo receptor para maximizar el uso beneficioso de las aguas residuales y la sustentabilidad del
proyecto en el largo plazo. Cualquier incompatibilidad entre la química de las aguas residuales y la
química del agua del suelo podría ser nefasto no solo para los cultivos sino, también, para la
sustentabilidad misma del suelo y su entorno relacionado.
El primer paso
El primer paso es comprender cómo clasificar los suelos y, luego, asociar dicha clasificación con
las propiedades físicas y químicas del suelo. La “prueba de textura del suelo” es fácil de aplicar en
terreno y entrega resultados precisos. Esta prueba se describe más adelante.
El triángulo de textura del suelo
Análisis del suelo - Figura 1
Figura 1: El suelo está formado por arcilla, limo, arena y material orgánico.
El triángulo de textura del suelo es una sencilla prueba que se toma en terreno para determinar la
textura del suelo.
Los 4 componentes físicos más comunes que forman el suelo son (Figura 1):

arcilla,

limo,

arena

material orgánico
Otros factores que inciden en el suelo son la “textura” y la “estructura.” Estos factores controlan e
influyen en el tamaño de los espacios de poros y la medida en que el agua penetrará y se
desplazará a través del suelo.
Una de las formas más sencillas de analizar en terreno la textura y tipo de suelo es tomando una
muestra de suelo y formando una pequeña “bola” con ese material. Cuando frotamos esta bola
entre los dedos podemos detectar el porcentaje de componentes del suelo que la forman; i.e.
arcilla, arena y limo. Luego, los porcentajes son transferidos a un triángulo de textura del suelo (ver
a continuación) para determinar cuál es, finalmente, el tipo de suelo.
Los porcentajes de cada componente físico son medidos a lo largo del perímetro del triángulo
hasta encontrar un punto común dentro del triángulo indicando, de esta forma, el tipo de suelo
identificado. El procedimiento se detalla más adelante.
Cuatro pasos rápidos para determinar en terreno la textura del suelo
Paso 1: Tome una muestra se suelo y frótela entre los dedos hasta formar una
bola o un cordón.
Paso 2: Determine, al tacto, el nivel relativo de “granulosidad” en la muestra; i.e.
la cantidad de material duro y de partículas gruesas, como arena en
comparación con materiales más suaves como arcilla. La granulosidad es una
medida del contenido de arena. Estime, en porcentaje, de cuánta arena está
compuesta su muestra; eg., podría ser 25% (marque este punto como X1 en el
lado de la arena del triángulo del suelo).
Paso 3: Al frotar los dedos, determine el grado de “sedosidad” o de sensación
suave. Esta sensación corresponderá al contenido de arcilla y limo en la
muestra. Humedezca la muestra. La capacidad de la arcilla de aglutinarse y
formar un “cordón plano” al frotarla entre los dedos determinará la cantidad de
arcilla en la muestra Si, al frotar la muestra húmeda, ésta forma un cordón plano
definido que se mantiene cohesionado como arcilla de alfarería, esto significaría
que la muestra contiene un porcentaje de arcilla muy alto. Por ejemplo, 45%
(marque este punto como X2 en el lado de la arcilla del triángulo de textura del
suelo). Si se desgrana y no forma un cordón definido, significará que la muestra
tiene un bajo contenido de arcilla.
Paso 4: Por defecto, sume los dos porcentajes (en este caso, 25% + 45% =
70%) y reste este total del 100%. El resultado será el porcentaje del tercer
componente del suelo, el “limo”. El resultado: 100% - 70% = 30% limo. Anote el
30% en el lado del limo del triángulo (X3). Ahora, trace una línea paralela a la
línea base del lado derecho sucesivamente para cada punto (X1, X2 y X3).
Repita el proceso en los puntos donde se encuentra cada porcentaje alrededor
del triángulo. La intersección de todas las líneas determinará el tipo de suelo.
Por ejemplo, 45% (marque este punto como X2 en el sector de la arcilla del
triángulo de textura del suelo). Si se desgrana y no forma un cordón definido,
significará que la muestra tiene un bajo contenido de arcilla.
Análisis del suelo - Figura 2
Figura 2: Triángulo de textura del suelo; la intersección de todas las lÃneas determinan el tipo de
suelo.
Si el suelo tiene los siguientes porcentajes: 25% arena, 45% arcilla y 30% limo, éste será
clasificado como greda arcillosa, i.e. encuentre el punto X1, traslade los porcentajes a los lados del
triángulo, luego trace una línea paralela al lado derecho del punto X1 (ver línea verde más abajo).
Repita el proceso para cada componente del suelo hasta que todas las líneas se encuentren en un
punto de intersección. Ese punto indicará el tipo de suelo.
La penetración de agua y la permeabilidad aumentan notoriamente en los suelos ubicados en
ambas esquinas inferiores; e.g. zonas de arena y limo. La penetración de agua y la permeabilidad
del suelo disminuyen hacia la zona superior; e.g. suelos arcillosos.
Este dato es importante y se usa para determinar qué efectos de largo plazo tendrán las aguas
residuales tratadas y no tratadas en los suelos. Las aguas residuales con un alto contenido de
iones cambiarán la composición iónica de los suelos arcillosos haciendo que los iones (sales) y los
coloides se movilicen en el agua del suelo. Esto produce suelos de mala calidad y escaso
crecimiento de las plantas.
El primer impacto inmediato es la migración de los coloides movilizados y la obstrucción que
provocan las partículas de arcilla de los espacios intersticiales del suelo denominados “poros del
suelo”.
Análisis del suelo - Figura 3
Figura 3: Capas duras de suelo en la superficie.
Lo anterior reduce, progresivamente, el desplazamiento y penetración del agua, nutrientes y aire a
través del suelo. Esto se puede observar en la formación de capas duras de suelo o costras en o
bajo la superficie, lo que genera mal drenaje, anegamientos y apozamientos en la superficie del
suelo (ver Figura 3, derecha). Los apozamientos afectan, además, las plantaciones pues impiden
que el suelo se oxigene debidamente y, finalmente, las plantas mueren por saturación de agua y
falta de oxígeno.
Si aguas residuales con altas concentraciones de iones penetran en el suelo, las aguas residuales
altas en sal movilizarán las sales el suelo y los coloides de arcilla. Dado los ciclos de evaporación y
las tasas de evapotranspiración de los distintos árboles y plantaciones y dado el nivel de
percolación de agua asociado al tipo de suelo, estas sales desplazarán las sales del suelo hacia la
superficie, hasta la envolvente de la raíz. La expresión “envolvente de la raíz” se usa para describir
la parte del suelo inmediatamente en contacto con la raíz de las plantas. Dentro de esta
envolvente, las raíces adsorben los nutrientes y el agua. Cuando el agua del suelo ingresa a este
sector es atraída por las raíces a través de una combinación de procesos. Entre estos procesos
están la acción capilar, la evapotranspiración y la osmosis. En condiciones normales, el agua de la
envolvente de la raíz es adsorbida. Sin embargo, si la calidad del agua no es buena, e.g., si tiene
alto contenido de sal o problemas de pH, la planta no puede aplicar el proceso de adsorción de
manera eficiente y ésta se marchita y muere.
Osmosis
Osmosis es el proceso por el cual el agua se moviliza a través de una membrana semipermeable
(pared de una célula vegetal) desde una zona de alta concentración de agua (agua del suelo) a un
punto de baja concentración de agua (célula vegetal). Este proceso se observa cuando ponemos
una pasa de uva en un vaso con agua; ésta aumenta de volumen a medida que el agua pasa a
través de las membranas de la célula de esta planta.
La eficiencia de este proceso de adsorción de agua es directamente proporcional a la efectividad
de la gradiente osmótica de las células de las plantas. Esta gradiente osmótica depende
directamente de la cantidad o concentración de iones contenidos en el agua del suelo que está
alrededor de la raíz de la planta. A medida que aumenta la concentración, disminuye la eficiencia
de la gradiente osmótica. Éste es un factor clave que se debe recordar al momento de aplicar
aguas residuales tratadas en el proceso de regadío y, además, la razón de la necesidad de medir
la cantidad y concentración de iones en el agua que ingresa a la envolvente de la raíz. Cuando
esta gradiente falla, la planta o el árbol mueren. Si se sigue aplicando agua alta en sal durante un
período de tiempo, es posible que la textura del suelo cambie de modo irreversible y se forme una
capa de sal en su superficie. Esta condición es muy difícil de revertir.
Otras expresiones que se usan para clasificar los suelos son densidad aparente, conductividad
hidráulica saturada, saturación, capacidad de campo, punto de marchitez y agua disponible para la
planta. Todos ellos se describen a continuación.
Densidad aparente
La densidad aparente se define como la masa de suelo seco por unidad de volumen que ocupa. A
mayor masa, menos espacios existirán entre las partículas del suelo (poros del suelo). La densidad
aparente también es un factor del grado de compactación; los suelos muy compactados, como los
caminos muy transitados por vehículos, presentan mayor densidad aparente debido a la
compactación que ejercen los vehículos que circular por ese camino. Los caminos arenosos
pueden tener una alta densidad aparente, por ejemplo, superior a 2 g/cm 3, mientras que, en suelos
normales, sería entre 1–1.6 g/cm3 y, en suelos con alto contenido orgánico, ésta sería inferior a 1
g/cm3.
A mayor densidad aparente, menor será la capacidad del suelo para retener agua.
Por lo general, los suelos arenosos poseen grandes espacios de poros y el agua fluye libremente
entre ellos mientras que, en los suelos arcillosos, los espacios intersticiales son pequeños y el
agua tarda mucho más en su desplazamiento. Cuando los suelos arcillosos se humedecen, éstos
aumenta de volumen y se reduce el espacio de poros.
Conductividad hidráulica saturada
La conductividad hidráulica saturada es una medida de la permeabilidad del suelo (o, en un
momento dado, la rapidez con que se desplazará el agua a través el suelo cuando éste se
encuentre saturado). Este factor se representa con la letra K se expresa en cm/s. Los suelos
arenosos presentan un valor K mayor que los suelos arcillosos. La grava puede tener un valor de
10l/s mientras que la arcilla puede tener un K de 10-10 l/s.
Si se practican una serie de pruebas de suelo en una zona determinada se podrá elaborar un
mapa de la conductividad hidráulica de saturación del suelo. Las zonas con mediciones de
conductividad hidráulica saturada más bajas pueden transformarse en puntos prioritarios donde
agregar material orgánico y, posteriormente, labrar la tierra para mejorar la conductividad saturada
del suelo.
Saturación
La saturación se refiere al caso en que todos los espacios o poros del suelo están llenos de agua y
no se puede agregar más. En estos casos, lo que ocurre en el terreno son “escorrentías”; i.e.,
durante episodios de lluvia e irrigación. El volumen necesario para saturar el suelo dependerá del
tipo y textura del suelo. Los suelos arenosos poseen espacios de poros más grandes y, por lo
tanto, presentan mayor capacidad de saturación que los suelos de arcilla. La saturación se mide en
l/cm3.
Capacidad de campo
La capacidad de campo es la cantidad de agua retenida en el suelo después de drenar el exceso
de agua o después que ésta ha fluido a través del suelo por efecto de la gravedad, etc. Es la
capacidad efectiva que tiene el suelo para retener la humedad tras un evento de riego o lluvia.
Punto de marchitez
El punto de marchitez se define como la cantidad mínima de humedad del suelo que requieren las
plantas para no marchitarse. En otras palabras, el punto de humedad del suelo al cual la planta se
marchitará.
Agua disponible para la planta
Agua disponible para la planta es, simplemente, la cantidad de agua (después de calcular todos los
otros factores) existente para la raíz de la planta.
Efecto del exceso de iones de sal en el suelo
¿Qué efectos puede producir en el suelo el exceso de iones de sal?
El efecto que produzca el exceso de sales circulando en el suelo dependerá de las siguientes
características: movilidad de la sal en el suelo y profundidad del actual perfil de sales del suelo. La
capa de sales del suelo existente es afectada por:

la geomorfología del área;

el tipo de suelo: su estructura (como vimos en Parte 2: Análisis del suelo);

el perfil orgánico del suelo y el actual uso del suelo; e.g. plantaciones vs. silvicultura y la
concentración;

la composición química del suelo;

la densidad aparente y la conductividad hidráulica saturada; y

la movilidad y profundidad de las sales del suelo existentes.
Estos factores se analizan más adelante.
Historia de la geomorfología de la zona y composición iónica
Ésta se describe como la historia evolutiva del suelo; i.e. la configuración de un paisaje y la
evolución de la topografía que condujo al origen del tipo de suelo actual. Por ejemplo,
consideremos la geomorfología presente al sureste de Downs, Queensland. En ese lugar, el
paisaje actual es el resultado de millones de años de evolución. Sin embargo, la topografía
presente y los cambios ocurridos en las propiedades del suelo tienen que ver con impactos
ocurridos en los últimos 180 años, desde el desarrollo de la agricultura.
En un comienzo, en 1827, los “exploradores” describían la zona como vastos pastizales con áreas
forestales abiertas. Esto contrasta con lo que vemos hoy día donde, después de una “tala
indiscriminada”, se observa una región con extensas zonas de monocultivo irrigadas,
principalmente, con agua de los acuíferos locales.
La unidad de suelo más importante es aquélla clasificada como arcillas agrietadas con fragmentos
de suelo entre superficiales y profundos, arenosos, ripiosos y gredosos, formados en areniscas.
Debajo de estos suelos superficiales lo que hay son depósitos aluviales formados por material
meteorizado acumulado como resultado de la erosión de las cadenas montañosas locales.
En 1827, si los primeros exploradores hubieran estudiado el perfil de los suelos locales, habrían
descubierto que la capa de sal inferior era estable y se correspondía con el clima, el nivel de lluvia,
la vegetación y tipo de suelo locales pues se había formado y había logrado ese equilibrio a lo
largo de miles de años. Desde 1827, con el desarrollo de las prácticas agrícolas en base al uso de
fertilizante, tala indiscriminada y regadío, la napa de agua comenzó a acercarse a la superficie,
trayendo consigo las sales del suelo.
Este patrón se repite a nivel global. Sin embargo, es más grave en lugares que han sido cultivados
por períodos de tiempo más largos. El desplazamiento descontrolado y continuo de las sales hacia
la superficie genera vastas extensiones de desierto, como vemos, hoy día, en diversas partes del
mundo.
Áreas afectadas por la sal
Cuando llueve copiosamente, esta agua se suma a las altas napas de agua ya existentes; esto
hace subir las sales a la superficie lo cual impacta directamente en las raíces de los cultivos o en la
envolvente de las raíces, a través del proceso de adsorción y de evapotranspiración de las plantas.
Hoy día, se aprecian síntomas similares en todo el mundo en zonas de gran irrigación. En general,
se informa que este proceso sigue ocurriendo. Por ejemplo, una auditoria de evaluación hecha por
el Consejo Nacional de Recursos de Agua y Suelos de Australia reveló que, para el año 2050, 3.1
millones de hectáreas de terreno en Queensland podrían estar afectadas por la salinidad.
En las últimas dos décadas, el otro factor que ha alterado el nivel de las sales del suelo han sido
las prolongadas sequías que han aumentado la irrigación y el uso de agua extraída de acuíferos
superiores en descenso. A medida que el acuífero disminuye notoriamente, la concentración de
iones, químicos y otros componentes aumentan en el agua de pozo. Luego, esta agua es irrigada
sobre el suelo aumentando el impacto.
Tipo de suelo, estructura e iones
Los suelos arcillosos son más sensibles al daño estructural de largo plazo, ya que aumentan los
niveles de sal que, finalmente, cambian la estructura misma del suelo. La sal degrada la estructura
iónica del suelo, movilizando los iones hacia la solución y provocando cambios en la esencia y
estructura del suelo.
Perfil orgánico e iones
Hasta cierto punto, el nivel de material orgánico contenido en el suelo actúa como un regulador
iónico contra el aumento de sal. Sin embargo, este regulador deja de funcionar tras una prolongada
exposición a niveles de sal crecientes. Las plantas son incapaces de adaptarse con la rapidez
suficiente para enfrentar el aumento de sal.
Actual uso del suelo y composición iónica
En general, las zonas forestales poseen napas de agua más bajas y el perfil de sales del suelo se
mantiene a mayor profundidad, en comparación con intensas áreas de cultivo que permiten que el
nivel de sales del suelo suba, a medida que la napa se acerca a la superficie.
La concentración, composición química, movilidad y profundidad de las sales del suelo
existentes
En aquellos lugares donde las concentraciones de sal son naturalmente altas, e.g. en la
intersección de tipos de rocas como basaltos o areniscas o, potencialmente, en los puntos donde
las aguas subterráneas se filtran a través de las capas superficiales, se producirán afloramientos
de sal. Esto se hará evidente en varios sitios de esa zona.
Dependiendo de su concentración o resistencia iónica, algunas sales son más fáciles de movilizar
que otras. En general, las sales de sodio (Na+) se dispersan con más facilidad que las sales de
calcio (Ca+). Sin embargo, la dispersividad también dependerá del tipo de suelo y de la cantidad de
material orgánico existente.
Los iones presentes en el agua de irrigación se suman a los iones de sal ya existentes. Por lo
tanto, la composición iónica última del suelo, después del riego, será una función de la
composición iónica del agua de regadío y de la actual composición iónica del agua del suelo. El
agua de riego de alto SAR aplicada incluso sobre agua de suelo de bajo SAR hará que el agua
post-irrigación tenga un alto SAR que dispersará el suelo, matará las plantas y, finalmente,
destruirá la composición del suelo.
Mobilidad y profundidad de las sales del suelo existentes
El agua de riego con un componente alto en iones de sodio (Na+) atraerá los coloides finos con
carga negativa, los movilizará y alejará de las moléculas del suelo. Estas nuevas partículas
movilizadas se encargarán de llenar los espacios de poros del suelo.
Entre los signos visibles de esta condición están el mal drenaje, inundaciones, menor infiltración de
agua y oxígeno, acumulación y dispersión de sales en el suelo. De hecho, en casos extremos, en
las zonas bajas la sal puede aflorar en la superficie del suelo. Otro ejemplo, si vemos una
plantación desde un avión o mediante imágenes satelitales, es posible apreciar una decoloración,
menor crecimiento de los cultivos y, en algunos casos, depósitos de sal endurecida en zonas
ubicadas un poco más abajo del nivel del suelo.
En Parte 2: Análisis del suelo e impactos:.

clasificación del suelo del terreno

el proceso de osmosis

el efecto de los altos niveles de iones de sal en la química del suelo
Parte 3: Procesos del agua
Tratamiento de aguas y procesos de osmosis
En la Parte 3: Procesos de aguas se abarcarán los siguientes puntos:

los tres procesos básicos de clarificación del agua

el proceso de osmosis inversa (RO)

problemas que se pueden encontrar al procesar agua

bacterias y condiciones del agua del tranque
Introducción
Tratamiento de aguas y procesos de osmosis - Figura 1
Figura 1: Precipitación de hierro en un tranque.
La mayor parte de las aguas residuales contiene iones, sólidos y partículas finas. Para asegurar la
efectividad del proceso de separación y reducir costos es fundamental que éstas sean removidas
del agua de alimentación al inicio del proceso de tratamiento del agua.
Una vez eliminadas las partículas gruesas, el agua estará lista para ser sometida a procesos como
ultrafiltración y/o desalinización mediante osmosis inversa. Finalmente, la planta de tratamiento de
aguas generará dos flujos: un flujo desalinizado y un flujo de salmuera concentrada. Ambos se
analizan más adelante.
Procesos de tratamiento de aguas
La palabra que se emplea para clasificar la separación de los coloides del agua es “clarificación.”
Esta acción se ejecuta al inicio del proceso de tratamiento de aguas residuales. La clarificación se
aplica para separar los coloides y consiste en una o más de las siguientes etapas: coagulación,
floculación, sedimentación, o una combinación de las tres.
Coagulación
La coagulación es un proceso necesario para remover las partículas en suspensión del tamaño de
un coloide antes de iniciar el tratamiento de osmosis inversa. Caso contrario, los coloides se
precipitarán en las membranas de RO. Este proceso consiste en la desestabilización de los
coloides mediante la neutralización de las cargas de la superficie del coloide.
Una vez que las cargas son neutralizadas, las partículas son incapaces de continuar repeliéndose
y se pueden cohesionar. Dependiendo de su masa, éstas suelen flotar hacia la superficie donde
son físicamente retiradas del agua. Si son muy pesadas, caen al fondo del tanque y son retiradas
más tarde.
Un ejemplo de clarificación es la práctica de agregar sales inorgánicas de aluminio (preferir
alumbre), hierro o polímeros orgánicos al agua. Esto provocará el proceso de desestabilización,
aglomerando los coloides e iniciando la floculación.
Floculaciónn
La floculación es el proceso que consiste en aglutinar las partículas desestabilizadas o
“coaguladas” para formar aglomeraciones mayores o “flóculos”. Esto se puede conseguir
agregando polímeros orgánicos, solubles en agua y de alto peso molecular. Estos polímeros
aumentan el tamaño del flóculo atrayendo las partículas coloidales con aglomerantes del sitio
cargados y aglutinantes moleculares, creando una partícula de mayor tamaño.
Sedimentación
La sedimentación es la eliminación física, o decantación, de los coloides que se encuentran es
suspensión, que ocurre una vez que las partículas han sido coaguladas y floculadas. La
sedimentación o la sola subsidencia, sin previa coagulación, solo permite eliminar los sólidos
suspendidos relativamente gruesos. La sedimentación de coloides por sí sola suele depender del
tiempo y hay quienes la consideran poco práctica para separar los coloides gruesos de los flujos de
aguas residuales de minería ya que, por lo general, éstos son grandes volúmenes y, normalmente,
no se cuenta con el tiempo de retención necesario.
Polímeros
Los coloides pueden ser eliminados usando polímeros (resinas). En un entorno controlado, el agua
que contiene los coloides se hace pasar por los polímeros. Las sustancias coloidales son atraídas
y atrapadas por los polímeros y, luego se retiran de los polímeros y se envían a un flujo de
desechos. Esto limpia los polímeros y los deja listos para comenzar el proceso nuevamente. Los
polímeros funcionan como un catalizador durante este proceso.
Clarificación del agua de esquisto de petróleo
El agua de esquisto de petróleo contiene aceites pesados que deben ser eliminados. Por ejemplo,
para alcanzar un límite de descarga de diseño de 10mg/lt de aceite. Esto se logra aplicando un
tratamiento de aguas por cascada por medio del cual el aceite es eliminado en un proceso continuo
que, primero, extrae el componente del aceite crudo; luego, los aceites más y más finos. Para
eliminar los aceites pesados se aplica una serie de pasos de tratamiento químico y flotación o
calor:

la mezcla de aceite/agua/sólidos se trata con coagulantes y floculantes para crear una
aglomeración gruesa de sólidos/aceite.

se inyecta un gas en la solución.

los aceites y sólidos se adhieren a las burbujas de gas.

las burbujas de gas flotan hacia la superficie formando una capa; y

la capa se retira de la superficie o la espuma cae en cascada a un depósito de desechos.
El uso de paletas en la superficie crea un vórtice que hace descender el gas hacia el agua, donde
los aceites y sólidos se pueden adherir a las burbujas. En este tratamiento, el tamaño aproximado
de las burbujas es 200µm de diámetro.
Una forma de refinar este proceso es mediante la unidad de flotación de aire disuelto (DAF),
mediante la cual se inserta un gas en un líquido dentro de una cámara presurizada, a una presión
entre 400–800 kpa. El líquido y el aire comprimido son enviados al tanque clarificador que, en ese
momento, contiene burbujas de 30–60 µm ide diámetro. Estas burbujas más finas son capaces de
hacer flotar partículas de sólidos y aceites mucho más finas. La capa flota y es retirada del centro
del vórtice con la ayuda de escobillas, rastrillos y deflectores. Las partículas más pesadas se van al
fondo de la unidad y forman un lodo que, posteriormente, es retirado.
Lo métodos que se describen a continuación no extraen aceites cuyas gotas tengan un tamaño
inferior a 25 µm.
Osmosis
El proceso de la osmosis
La osmosis ocurre de manera sencilla en las células vegetales, donde el agua pasa a través de
una membrana semipermeable desde un punto de concentración diluida a otro de mayor
concentración (Ver Figura 2, abajo a la izquierda).
En la osmosis inversa (RO), el agua pasa bajo presión a través de una membrana semipermeable
desde una zona de alta concentración a una de menor concentración, dejando atrás los solutos
(sales, etc.). Ver Figura 3, abajo a la derecha.
Tratamiento de aguas y procesos de osmosis - Figura 2
Figura 2: Ilustración del proceso de osmosis como se ven en las células vegetales.
Tratamiento de aguas y procesos de osmosis - Figura 3
Figura 3: Ilustración de osmosis inversa.
Osmosis, sales y plantas
Los procesos permanentes que ocurren en las células vegetales como la fotosíntesis,
evapotranspiración y la acción capilar tienden a atraer agua con nutrientes hacia el sistema
vascular de la planta o árbol a través de la osmosis. Mediante este proceso, el agua y los
nutrientes son transportados a través de la planta. La eficiencia del proceso osmótico, en términos
de la capacidad de adsorción de humedad y nutrientes a través de la membrana de la célula
vegetal, se denomina “gradiente osmótica”. A menor concentración de iones en el agua del suelo,
más agua pasará por las paredes de la célula de la planta. Cuando aumenta la concentración de
iones en el agua del suelo, la gradiente osmótica se vuelve más pronunciada y la transferencia de
agua se hace más lenta hasta detenerse y, luego, comienza a fluir en la dirección contraria. Así, la
planta se marchita y, finalmente, muere.
Plantas halofíticas
Cada una de las especie de plantas y árboles ha evolucionado y desarrollado su propia gradiente
osmótica. Algunas plantas, llamadas plantas “halofíticas” poseen un mecanismo de manejo de la
sal, por medio del cual el exceso de iones de sal es enviado a aquellas partes de la planta que no
son afectadas por la sal. Estas plantas trasladan los iones al interior de estructuras conocidas
como vacuolas (sacos de aire dentro de la célula) donde las sales son “puestas en cuarentena”. O,
transportan las sales al exterior de sus hojas desde donde los iones son secretados hacia la
superficie de la hoja. Sin embargo, incluso las plantas halofíticas no toleran niveles de sal
excesivos. Cuando su mecanismo de sobrevivencia se ve sobrepasado, éstas sucumben ante el
efecto de la sal, como cualquier planta normal.
Permeato de aguas residuales con muy baja concentración de iones
Los productos del proceso de osmosis inversa son un permeato (agua de buena calidad de la cual
se han extraído los iones) y aguas residuales de salmuera (donde se acumulan los iones). El agua
de permeato muy refinado ofrece un gran potencial para adsorber iones de modo que, en contacto
con el agua del suelo, ésta puede movilizar los iones coloidales y los iones de las partículas del
suelo que, anteriormente, estaban unidos a las partículas y humedad del suelo.
Al revés, este proceso aumenta drásticamente si el agua de regadío que se está aplicando
contiene iones de sal en una concentración SAR > 15.
Si no son controlados, estos iones y coloides movilizados tapan los espacios de poros, reduciendo
el paso o penetración de agua y oxígeno hacia el suelo y, particularmente, hacia la envolvente de
la raíz. Si esto se mantiene, la planta o árbol se marchita y muere.
El SAR de las aguas residuales tratadas debe estar en perfecta armonía con el tipo de suelo y el
actual perfil iónico del suelo.
Para evitar futuros problemas de estructura, talvez sea necesario mezclar el permeato tratado con
otra agua y/o agregarle otros elementos reguladores, como yeso. En casos extremos, la aplicación
continuada de yeso puede perder sus efectos.
Problemas de tratamiento y pretratamiento
Problemas típicos durante el tratamiento de aguas residuales
A continuación se detallan algunos de los problemas que pueden surgir cuando se tratan aguas
residuales con osmosis inversa.
Turbidez por sólidos suspendidos (conocido en terreno como “enturbiamiento”)
La conexión y construcción de nuevos pozos, el colapso de cavidades profundas, la conexión de
tuberías y el desarrollo general de pozos y tuberías puede producir grandes cantidades de material
particulado que se presentan como “enturbiamiento” del agua que se envía a la planta de
tratamiento de aguas residuales. Por lo general, después de operar un pozo durante algunas
semanas, la turbidez baja y la calidad del agua mejora notablemente. Sin embargo, a lo largo de la
vida del pozo, la cavidad podría colapsar parcialmente, en cualquier momento, lo cual generaría
nuevos enturbiamientos del agua que se envía a la planta de tratamiento.
Fracking o fracturación
En formaciones de rocas muy “apretadas”, se aplica el método de fracking para abrir las diminutas
fracturas que existen en los mantos de carbón. Como resultado de este proceso, las junturas entre
las superficies de carbón se expanden considerablemente, lo cual aumenta la posibilidad de liberar
partículas de gas y agua durante el proceso de desagüe. Por lo general, este proceso implica
bombear agua bajo profundidades a muy altas presiones, con el fin de abrir grietas y fisuras en los
mantos de carbón adyacentes. El agua aplicada contiene arena fina u otros materiales inertes
similares que se atoran en las pequeñas fracturas y las mantienen abiertas. Al terminar el proceso
de fracking, se reanuda el normal bombeo de los pozos de yacimientos gasíferos. Durante y
después del proceso, el agua extraída contiene partículas de roca, carbón, arcillas, limo, y arena.
Esto suele ocurrir hasta que se estabiliza la estructura del pozo. Esto requiere contar con un
robusto tratamiento al inicio del proceso.
Obstrucción por coloides
Aparte del material particulado que se desprende y se infiltra en la tubería durante el proceso de
desagüe, en este proceso también se libera material coloidal en suspensión y de textura muy fina.
Estos coloides finos y cargados logran llegar a la planta de tratamiento de aguas y, si no son
apartados del agua de alimentación, obstruirán o contaminarán las membranas osmóticas con
mucha facilidad.
Para evitar lo anterior, algunos operadores aplican un tiempo de residencia para permitir que la
fuerza de gravedad decante los coloides gruesos. Esto se hace descargando las aguas residuales
en grandes pozas/tranques de retención (otros hacen el tiempo de residencia en grandes ductos).
Sin embargo, esta práctica presenta desventajas que se analizan más adelante.
En base a la experiencia del autor, por lo general un tiempo de residencia de dos días es suficiente
para decantar la mayoría del material particulado de gran tamaño. Pero no siempre es suficiente
para que decante el material coloidal más fino. En este caso, se puede usar un “floculante” como
“alumbre” para lograr la floculación de los coloides presentes en el agua de alimentación.
Uso de ácidos/álcalis como pre-tratamiento para flocular coloides
Habitualmente, se pueden utilizar sustancias químicas como ácidos/álcalis como “floculantes” para
separar los coloides en suspensión en el agua. Por lo general, la “floculación” produce un cambio
de pH. Por ejemplo, al reducir el pH a 4 o aumentarlo a 9.8, los coloides se desprenden de la
solución.
Cambio de los niveles de pH
Cambiar el pH en 1 unidad produce un cambio diez veces mayor en la concentración de iones de
hidrógeno en la solución; i.e. si se agrega suficiente ácido para cambiar el pH en 1 unidad los iones
de hidrógeno disminuirán diez veces en la solución. Si se agrega álcali, ocurrirá lo contrario: un
cambio de 1 unidad de pH hará que los iones de hidrógeno aumenten diez veces en la solución. Si
la solución cambia de un pH de 6.5 a un pH de 4 la concentración de iones de hidrógeno en la
solución disminuirá 25 veces.
El costo del pre-tratamiento con ácido y álcali
El cambio químico del pH para lograr la floculación de los coloides presenta un gran problema:
para descargar el agua al medioambiente, es necesario reponer el pH de los flujos residuales
tratados, según sea el pH de descarga permitido por la autoridad regulatoria (el límite de descarga
suele depender de la calidad del agua del hábitat y agua receptora).
Si se tratan grandes volúmenes, los costos de un pre-tratamiento de osmosis aumentan
drásticamente por la cantidad de cambios de pH que se deben aplicar. Esto es especialmente
cierto cuando se consideran los grandes volúmenes de ácido y álcali requeridos para lograr el
cambio de pH y el costo de largas distancias de transporte, además del almacenamiento,
capacitación y PPE (equipo de protección personal) especiales requeridos para manejar y aplicar
los productos químicos.
Otra medida de precaución al manejar ácidos y álcalis es que, la adición de este grupo de químicos
(para lograr la floculación), podría gatillar la precipitación de iones y metales fuera de la solución
que, luego, podrían tapar las membranas de la planta de tratamiento de aguas.
El siguiente es un ejemplo de cómo el cambio de pH afecta los iones y metales de la solución:
La oxidación de hierro (II) a hierro (III) con peróxido de hidrógeno en presencia de un ácido:
Fe2+ → Fe3+ + eH2O2 + 2e- → 2OHEcuación general:
2 Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O
En la reacción anterior, Fe2+ pierde un electrón y cambia a Fe3+, mientras que el peróxido de
hidrógeno gana un electrón para formar agua. Esto es relevante, ya que Fe 3+ se va a precipitar en
la las membranas de osmosis inversa en la planta de tratamiento de agua.
Acumulación de lodos en tanques, contenedores o tuberías
Por experiencia, y dado lo variable de la calidad del agua y de la carga de partículas, se acumulará
lodo en la red de la infraestructura y en cualquier tanque, contenedor o tubería receptora. Si esto
no se controla, la membrana de la planta de tratamiento de aguas se obstruirá cada vez que el flujo
de agua se detenga y se active, ya que las partículas decantadas vuelven a ser movilizadas por el
aumento de presión y del flujo pulsado.
Diferenciales de temperatura y microbios
Un buen número de tuberías de aguas residuales son de plástico negro y, si se tienden en la
superficie, adsorben gran cantidad de calor. Esta energía calórica estimula la generación de
microbios que, con el tiempo, proliferan dentro de un ducto, embalse o tanque. En cantidades
suficientes, los microbios pueden tapar las membranas; en especial, si el agua se deja detenida en
los ductos durante un tiempo.
Bacterias y condiciones del agua del tranque
Oxigenación: aguas residuales y desoxigenadas
Originalmente, el gas metano se forma a partir de la reducción de carbono dentro del carbón; i.e.
una reducción (adición de electrones) de carbono por hidrógeno que produce metano (CH 4-).
Durante este proceso, los electrones son transferidos a la molécula de metano desde el carbón y
agua, dejando el agua con un alto potencial de reducción. El potencial de reducción es una medida
de la tendencia de la solución para ganar o perder electrones cuando está sujeta a cambios por la
introducción de una nueva especie (gas o líquido); i.e. en este caso, la reacción de las aguas
residuales recién salidas de un pozo o mina y la reacción de éstas en presencia de aire.
Una solución con un potencial de reducción superior (más positivo) al de la nueva especie (i.e.
aire) tenderá a tomar electrones de la nueva especie (i.e. reducción por oxidación de la nueva
especie).
Un ejemplo clásico es la oxidación de hierro elemental a óxido de hierro (III) por oxígeno:
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3
i.e. causando visible “enmohecimiento” o la precipitación de “iones” de hierro (Fe) en la solución.
Entonces, las CBMw recién salidas de la boca el pozo suelen presentar un alto potencial de
reducción y, como tales, tienen el potencial de sufrir una reducción química al entrar en contacto
con el aire. Esto puede generar la precipitación de varios iones y metales en la solución de agua.
¿Es éste es un problema? En lo absoluto, si el agua de alimentación se mantiene mínimamente
expuesta al aire antes de ser enviada a la planta de tratamiento de aguas. Caso contrario, lo que
se podrá esperar es un agua de alimentación ligeramente distinta y más compleja, con mayor
potencial de obstrucción.
Otro ejemplo de oxidación es la producción de fluoruro de hidrógeno en el agua:
H2 → 2H+ + 2eF2 + 2e- → 2FH2 + F2 → 2H+ + 2FLuego, los iones se combinan y forman fluoruro de hidrógeno:
H2 + F2 → 2H+ + 2F- → 2HF
En resumen, los procesos de oxidación y reducción conducen a la precipitación de iones en la
solución lo que, en grandes cantidades, puede llegar a tapar la membrana de RO.
El siguiente modelo de corbatín (Figura 1) muestra el impacto que puede producir el cambio de pH
y la precipitación de iones y metales fuera de la solución. Este modelo demuestra cómo los pH
extremos aumentan la probabilidad de precipitación de iones y metales. De igual forma, al agregar
agua no tratada al agua del suelo, el potencial de oxidación y reducción se puede producir a escala
masiva.
Bacterias y condiciones del agua del tranque - Figura 1
Figura 1: El modelo de corbatÃn ácido-alcalÃ.
Bacterias en aguas residuales de mina/CBMw/esquisto de
petróleo/arenas bituminosas
Durante los “eones” que tarda la formación de carbón, los niveles de oxígeno en el manto de
carbón se reducen al punto en que dominan las condiciones anaeróbicas (sin niveles de oxígeno).
Con esto en mente, las bacterias anaeróbicas (que viven en ausencia de aire) utilizan los
“elementos” de la vida C, H, N y P para crecer. En esas condiciones, las bacterias anaeróbicas
proliferan y sus productos de desecho son ácidos. La presencia de estas bacterias puede cambiar
el pH de las aguas de mina y de las CBMw, lo que lleva a la precipitación de los iones y metales en
la planta de tratamiento de agua, tapando las membranas osmóticas.
Crecimiento de algas y los constituyentes orgánicos: CHONP (carbono, hidrógeno, oxígeno,
nitrógeno y fósforo).
Las aguas CBMw y de mina, una vez en pozas y expuestas al aire y a la temperatura, adquieren
porcentajes de CHONP relativamente altos (los elementos básicos de los compuestos orgánicos y
de la vida). A la temperatura correcta, las algas pueden proliferar y generar un impacto similar al
que tiene la proliferación de bacterias, como vimos anteriormente; i.e. tapar las membranas de RO.
En especial, si los ductos de entrada están expuestos al sol lo que hace aumentar la temperatura
interna.
A la inversa, existe un potencial beneficio al extraer salmuera de la planta de RO y dejar que las
algas crezcan para producir aceites vegetales.
Condiciones anaeróbicas en tranques
Una vez que las aguas residuales son extraídas de los yacimientos gasíferos, la tendencia es
derivar éstas directamente a los tranques. Si se hace esto, es importante conocer cuál es la
dinámica de las aguas del tranque para poder controlar los procesos que ocurran en él y evitar la
obstrucción inesperada de las membranas osmóticas.
Factores que afectan la química de las aguas residuales en los
tranques
El viento que sopla en la superficie del agua genera vectores de energía que activan la acción de
las olas. El viento agrega energía al agua, creando corrientes y vórtices circulares verticales y
horizontales. Estas corrientes se desplazan, progresivamente, de un lado del tranque al otro.
Cuando éstas golpean el muro contrario a la dirección del viento, la energía tiende a seguir el muro
en dirección descendente, levantando las arcillas y nutrientes a su paso. Esto se puede observar
en un día de viento, cuando el agua del tranque pasa de tener un color claro a un color marrón
arcilloso. La acción del viento logra agitar los nutrientes del tranque y los dispersa, levantando el
potencial para el rápido crecimiento de algas y bacterias que, más tarde, aparecen en el embalse
como “florecimientos”. Si esto ingresa a la entrada de la planta de tratamiento de aguas, la
membrana osmótica se tapará.
Fluctuaciones térmicas
Las grandes fluctuaciones de temperatura entre el día y la noche, que van entre los 10 y 29
grados, generan corrientes y vórtices verticales en el tranque. La capa inmediatamente superior se
calienta durante el día y se enfría en la noche. Esto genera un “efecto radiador” mediante el cual el
agua más fría sube a la superficie y ocupa el lugar de las aguas más tibias que son desplazadas a
zonas más bajas del embalse, donde se aprecia claramente una gradiente de temperatura. Al
nadar y sumergirse en las aguas del tranque es posible detectar fácilmente el punto donde el agua
cambia su temperatura ya que, repentinamente, se pasa de una capa de agua tibia a una de agua
fría. Este efecto se hace mucho más evidente en períodos de temperaturas extremas entre el día y
la noche y también se pueden prever diferencias estacionales. El efecto radiador eleva los
nutrientes hacia las capas de agua más tibias, generando el potencial de florecimiento de algas y
bacterias.
Bacterias anaeróbicas
Las especies de bacterias se pueden clasificar por la profundidad. Por lo general, las bacterias
aeróbicas viven cerca de las aguas más tibias y ricas en oxígeno de la superficie mientras que las
bacterias anaeróbicas y productoras de ácido se encuentran cerca del fondo. Si se extrae agua del
punto más profundo de un embalse de gran tamaño, es probable que esa agua sea ácida o esté
afectada por bacterias que crecen en condiciones acídicas.
Tiempo de retención en tranques
Considerando lo anterior, las probabilidades de que el agua cambie sus características es
directamente proporcional al período de tiempo en que ésta permanezca retenida en el tranque.
Fluctuaciones de presión a través de la membrana osmótica
Los cambios de presión pueden influir en la tasa de precipitación de metales en la membrana de
osmosis inversa.
Flujo electromagnético
Cuando el agua pasa por una membrana de RO se produce una baja del pH. Anteriormente,
algunos fabricantes de membranas intentaron revertir esta situación aplicando una corriente
electromagnética en toda la superficie de la membrana que es bobinada en espiral. Los resultados
no están claros. Sin embargo, las membranas con adaptaciones electromagnéticas no se han
seguido fabricando últimamente. Aclarado lo anterior, cuando las aguas residuales pasan por la
gradiente osmótica de la membrana ocurre una leve caída del pH que debe ser considerada en los
cálculos de diseño.
Monitoreo de iones de hierro y de magnesio
Cuando se monitorea la calidad de las aguas residuales procedentes de una planta de tratamiento,
una buena regla práctica es monitorear la presencia y concentración de hierro y magnesio. La
presencia y concentración de estos dos iones se puede usar para advertir cambios en la
composición química del agua. Si hay un cambio en la concentración de estos dos iones, talvez
signifique que todo el conjunto de iones está cambiando.
Sílice
Normalmente, los dos tipos o formas de sílice (soluble y no soluble) están presentes en el agua de
minas y en las CBMw. El sílice soluble y no soluble representa los vestigios de antiguos
dinoflagelados, corales y arenas finas.
Sílice sólido
A nivel microscópico y macroscópico, la presencia de sílice sólido puede obstruir las membranas.
Sílice soluble
Los cambios de pH pueden hacer que el sílice se precipite y que esta precipitación ocurra en las
membranas de RO. La presencia de sílice soluble y sólido se puede apreciar en una solución y
observando al microscopio muestras tomadas de las membranas de RO.
En la Parte 3: Procesos del agua, se abarcaron los siguientes puntos:

los tres procesos básicos de clarificación de agua

el proceso de osmosis inversa (RO)

problemas que se pueden encontrar al procesar aguas

bacterias y condiciones de agua del tranque
Parte 4: Usos beneficiosos
Usos beneficiosos de las aguas residuales no
tratadas
En Parte 4: Usos beneficiosos, se abarcan los siguientes puntos:

los usos beneficiosos de aguas residuales no tratadas

los usos beneficiosos de aguas residuales tratadas
Introducción
La Parte 4 se divide en dos secciones: primero, el uso beneficioso de las CBMw o aguas de mina
no tratadas (esta sesión); y, segundo, los usos beneficiosos de las CBMw tratadas (próxima
sesión).
Se supone que, antes de aplicar alguna de las siguientes opciones, usted ya habrá evaluado la
calidad del agua y que ésta cumple con las especificaciones o políticas de emisión de aguas del
gobierno. De no ser así, éstas deberán ser tratadas para lograr la conformidad. Esta información
no pretende reemplazar la opinión profesional. Todas las opciones siguientes suponen el uso de
bajas concentraciones de agua salada.
Usos beneficiosos de las aguas residuales no tratadas
Usos beneficiosos de las aguas residuales no tratadas - Figura 1
Figura 1: Usos beneficiosos de las CBMw tratadas y no tratadas. (Ilustración cortesÃa de
Animation Ink)
El siguiente diagrama (Figura 1) muestra los usos beneficiosos de las CBMw tratadas y no
tratadas.
Las CBMw no tratadas se pueden usar para:

uso masivo de agua de lavado para plantas de lavado de carbón de exportación;

control del polvo en proyectos de extracción de recursos;

agua de beber para el ganado;

uso de agua salada en acuicultura;

uso de agua salada en crianza de cerdos;

usos municipales;

uso masivo de agua en lagos recreacionales;

uso del agua en la generación hidroeléctrica; y

descarga al mar de aguas no tratadas.
Uso masivo de agua de lavado para plantas de lavado de carbón de exportación
Usos beneficiosos de las aguas residuales no tratadas - Figura 2
Figura 2: Agua no tratada para el lavado de carbón.
Si usted trabaja en una planta de lavado de carbón (Figura 2), las CBMw pueden reemplazar el
agua potable con que, actualmente, se lava el carbón. Para mejorar la calidad de éste, se usan
grandes volúmenes de agua para eliminar el limo y las arcillas del carbón en bruto (con contenido
de sales y arcillas). El agua se maneja en un circuito de ciclo cerrado desde donde ésta no es
descargada al medioambiente. Parte del agua es adsorbida por la masa de carbón y, otra parte, se
evapora desde los embalses de almacenamiento de agua a granel.
Control del polvo en proyectos de extracción de recursos
En algunos casos, el polvo representa un gran problema en la mina y en otros proyectos de
construcción y operación de recursos. Existe la opción de dar un uso beneficioso a las CBMw como
reemplazo el agua potable. Sin embargo, hay que ser muy cuidadosos. La calidad del agua que se
use debe ser monitoreada constantemente y gran cantidad de agua debe ser diluida con otra antes
de la aplicación. El volumen y frecuencia de aplicación requiere monitoreo y mantención de
registros para reducir el riesgo de acumulación de los excesos de sal. El impacto de aplicar agua
con bajas concentraciones de sal en el medioambiente es mínimo y se diluye durante episodios de
lluvias máximas. Sin embargo, la irrigación con CBMw altas en concentraciones de sal no es una
solución en el control del polvo, ya que las sales se acumulan y degradan el suelo, como se ve en
otras secciones. Para demostrar que existe cero impacto, sería de gran valor efectuar una sencilla
prueba que midiera la concentración/m 2 de sal.
Agua de beber para el ganado
En bajas concentraciones de sal, esta agua salada baja en sales (si no contiene ningún otro
contaminante, e.g. hidrocarburos, aromáticos, etc.) puede ser una alternativa para ser usada
directamente como agua para el consumo animal (Figuras 3 y 4). Pero este uso tiene límites. La
calidad del agua debe ser monitoreada cuidadosamente para garantizar que cumpla con las
especificaciones, como lo indica la Tabla 1.
Tabla 1: Niveles de sal en varios tipos de agua
Ítem
"Salinidad" in ppm
Agua CBM
4–7,500
Agua de mar
35,000–37,400
Rebaño de vacas: concentración máxima sugerida para ganado
no preñado
8,000
Ovejas: concentración máxima sugerida
6,000
Cerdos
3,000
Algodón
1,200
Otros cultivos y plantas to halofíticos
1,000–1,200
Agua potable
500
Tabla 1: Niveles de sal en varios tipos de agua
Todos los estándares de agua para consumo animal contienen una instrucción precautoria que
limita el nivel de sal que pueden consumir los animales preñados. Sin embargo, la siguiente tabla
que indica los niveles de consumo y producción de sal señala algunos niveles referenciales de
tolerancia a la sal en animales (tomado de las pautas aplicables al agua potable de
Australia/Nueva Zelandia). Por ejemplo, en casos de niveles de sal superiores a 6000ppm e
inferiores a 8000ppm, el agua solo es apta para el consumo de animales no preñados durante un
lapso de tiempo relativamente breve; i.e. durante 100 días en corrales de engorde. Se cree que
niveles de sal superiores a 6000ppm tienen potenciales impactos en el ganado preñado y en sus
fetos en desarrollo.
Usos beneficiosos de las aguas residuales no tratadas - Figura 3
Figura 3: Ganado en alimentadores.
Usos beneficiosos de las aguas residuales no tratadas - Figura 4
Figura 4: Pozo de CBM en una propiedad de ganado.
Uso de agua salada en acuicultura
Si el agua no contiene impurezas en su estado natural (i.e. directamente del pozo), ésta se puede
usar para fines de acuicultura. Recuerde que, en este contexto, es probable que el agua contenga
poco oxígeno; por lo tanto, será fundamental oxigenarla a medida que ingresa al criadero de peces
y/o estudiar formas de agregar elementos al agua para solucionar este problema. Considerando el
uso biológico del agua, es muy importante monitorear su calidad y el ritmo de crecimiento de los
peces para asegurar el éxito de la actividad. Las Figuras 5 y 6 muestran un ejemplo de una granja
de peces flotante experimental. Se debe monitorear cuidadosamente la adsorción de oxígeno de
los peces.
Usos beneficiosos de las aguas residuales no tratadas - Figura 5
Figura 5: Granja flotante de peces experimental.
Usos beneficiosos de las aguas residuales no tratadas - Figura 6
Figura 6: Celdas flotantes de plástico para peces.
Uso de agua salada en crianza de cerdos
En los criaderos libres de enfermedades, normalmente, los cerdos son criados con la misma
calidad de agua que se aplica para el consumo humano. El uso de CBMw bajas en
concentraciones de sal en lugar de agua potable constituye un beneficio sustentable evidente para
la comunidad y la crianza de cerdos.
Los beneficios de usar aguas CSG en la crianza de cerdos son:

en la etapa de criaderos libres de enfermedades, en que los microbios rápidamente
desarrollan mecanismos de sobrevivencia a los cambios de antibióticos y desinfectantes, el
agua salada es un excelente germicida. También se puede usar agua salada para lavar los
galpones de los cerdos, en lugar de usar agua potable y desinfectantes.

no se conocen patógenos transportados en el agua CSG, lo cual la hace ideal, en este
contexto, para usarla en criaderos sin enfermedades; y

el agua a temperatura de 20° o superior es agradable para la mayoría de los cerdos, en
lugar del agua de superficie que suele ser más fría. El agua más fría choquea a los cerdos,
aumenta sus niveles de estrés y reduce sus niveles de crecimiento.

la sal puede ayudar a degradar el estiércol de los cerdos.
Es importante recordar que el uso de CBMw en la crianza de ganado requiere supervisión
veterinaria y cuidadoso monitoreo de la calidad del agua.
Usos municipales
Suponiendo que la calidad del agua cumple con todas las normas de calidad para los siguientes
usos y suponiendo que ésta es monitoreada para asegurar su calidad, el “agua potable” puede ser
reemplazada en usos como riego de canchas de deportes o en el agua de las plantas de
tratamiento de aguas servidas. En ambos casos se puede hacer ahorros importantes al no usar
agua potable de este nivel con estos fines.
Uso masivo de agua en lagos recreacionales
Esta agua, en su estado salobre sin tratar, se puede usar con fines recreacionales. Esto requeriría
que el lugar de contención fuera a prueba de fugas y que la calidad del agua no tuviera efectos
negativos en las personas ni en la fauna nativa. Entre los usos están lagos, arreglos ornamentales
y canchas de golf. Antes de ser aplicada en estos contextos, su uso debe ser planificado y
aprobado.
Uso del agua en la generación hidroeléctrica
Si esta agua se transporta en tuberías pendiente abajo, el peso del agua y, por lo tanto, su energía
potencial inherente, se podrían utilizar para generar electricidad. Luego, esta energía eléctrica se
podría utilizar para bombear el agua o para contribuir, o parcialmente compensar, el costo de su
tratamiento.
Descarga al mar de aguas no tratadas bajas en sales
Esto ya se hace en diversas partes del mundo. Para que este tipo de descarga sea posible, las
aguas no tratadas no deberán exceder determinadas normas y requisitos gubernamentales y
deberá ser monitoreada de cerca. Si se está considerando este tipo de descarga, talvez sea
necesario efectuar una Evaluación de Riego Ambiental para evitar cualquier daño al entorno.
Usos beneficiosos de las aguas residuales tratadas
Usos beneficiosos de las aguas residuales tratadas
Las CBMw tratadas se pueden usar para:

uso urbano (potable),

bancos de agua,

irrigación,

usos municipales,

generación eléctrica,

industria local,

agua para consumo animal,

acuicultura, y

proyectos de CBMw múltiples.
Uso urbano (potable)
Naturalmente, la calidad del agua tratada (permeato de osmosis inversa) cumple holgadamente
con los estándares que regulan el consumo humano. Dependiendo de la región y de la densidad
de la población local, esta agua debiera tener una demanda para consumo inmediato. Esto porque
debiera estar libre de todo patógeno, productos químicos y otros elementos nocivos que, a veces,
se acumulan en las aguas de escorrentías superficiales y acuíferos.
Naturalmente, la calidad del agua tratada (permeato de osmosis inversa) cumple holgadamente
con los estándares que regulan el consumo humano. Dependiendo de la región y de la densidad
de la población local, esta agua debiera tener una demanda para consumo inmediato. Esto porque
debiera estar libre de todo patógeno, productos químicos y otros elementos nocivos que, a veces,
se acumulan en las aguas de escorrentías superficiales y acuíferos.
Ya tratada, esta agua es un valioso recurso y puede influir en la sustentabilidad misma de la
comunidad local y en la sustentabilidad de largo plazo de la comunidad y de la empresa.
La concentración de abastecimientos de agua por parte de distintas empresas que operan en la
misma zona puede generar un impacto significativo en las comunidades locales y podría generar
economías de escala que ayudarían a reducir los costos de tratamiento original y de eliminación.
Bancos de agua
Una opción para las empresas dedicadas al tratamiento de aguas es considerar los “bancos de
agua”. El concepto de banco de aguas consiste en inyectar aguas tratadas en acuíferos para su
uso posterior. Un acuerdo de este tipo con irrigadores y gobierno locales mejoraría y reforzaría la
sustentabilidad de la agricultura y comunidades locales.
La Parte 5: Gestión de irrigación analiza la calidad del agua y las iniciativas de mezclado que sería
necesario emprender antes de enviar el recurso al banco de aguas de modo que, cuando ésta sea
recuperada, para efectos de irrigación, por ejemplo, no existan potenciales efectos adversos, como
veremos en la sección de irrigación.
Un sistema de banco de aguas de gran volumen, baja presión y de múltiples puntos de inyección
funcionaría bien con operaciones de extracción de CBMw a gran escala.
Irrigación
La Parte 5 analiza este punto en detalle. Sin embargo, se deberá considerar y monitorear
cuidadosamente el agua a utilizar en irrigación, en relación con la calidad del agua del suelo
receptor, antes de aplicar el agua tratada. Aún más, para que el uso sea sustentable, será preciso
manejar con mucha cautela el tipo de suelo, el contenido de material orgánico y factores de
aplicación forestal o de cultivo, incluyendo la duración y volumen de la irrigación aplicada y la
intensidad del monitoreo y los principales resultados de desempeño.
La aplicación de recursos hídricos tratados podría atraer industrias de plantaciones más intensivas
como vegetales, hierbas, hidrocultura y horticultura a una región que, antes, no era capaz de
mantener una industria a esa escala.
Usos beneficiosos de las aguas residuales tratadas - Figura 1
Figura 1: Algodón irrigado.
Usos beneficiosos de las aguas residuales tratadas - Figura 2
Figura 2: Irrigación de verduras, hierbas y horticultura.
Usos beneficiosos de las aguas residuales tratadas - Figura 3
Figura 3: Irrigador viajante.
Usos beneficiosos de las aguas residuales tratadas - Figura 4
Figura 4: Irrigación de un campo de cereales.
Usos municipales
Ahora, las aguas tratadas son de calidad superior a la calidad las aguas no tratadas para uso
municipal, como ya vimos. Esto representa un avance con respecto a las aguas no tratadas y,
como tales, son un recurso valioso. Éstas pueden ser mezcladas con otras para mejorar la calidad
de las aguas disponibles para las necesidades de la comunidad local. Se pueden usar para
aumentar los volúmenes de agua que la comunidad utiliza, por ejemplo, para irrigar canchas de
deportes y en áreas de recreación acuáticas como piscinas y lagos. Si damos estos usos a las
aguas tratadas, estaremos ampliando la sustentabilidad de la comunidad y de la empresa.
Generación eléctrica
A menudo, las plantas de generación eléctrica co-existen junto a operaciones de CSG y esquisto
de petróleo. Por lo general, las plantas de energía hidrorefrigeradas requieren de agua de
alimentación muy refinada. Sin embargo, los costos de procesos de refinación adicionales se
pueden reducir, si se envían CBMw tratadas a la planta eléctrica para mayor refinación.
Industria local
El consumo de muchas industrias dependerá del abastecimiento de agua de buena calidad; e.g.
mataderos, plantas de biocombustibles y plantas de procesamiento de alimentos. El
abastecimiento de agua haría que estas nuevas industrias se instalaran cerca de las plantas de
procesamiento de agua lo que mejoraría aún más la sustentabilidad de la industria, de las
empresas de CSG y de la comunidad local.
Agua para consumo animal
Algunas industrias dedicadas a la crianza de animales como cerdos, pollos y caballos requieren
agua de buena calidad para dar de beber a los animales.
Acuicultura
Como vimos antes, las aguas tratadas son ideales para uso en acuicultura, siempre y cuando éstas
sean oxigenadas y el metabolismo de las especies de peces sea atentamente monitoreado. La
crianza de langostinos, cangrejos de río, peces, mariscos, etc. son opciones de acuicultura muy
factibles para este tipo de aguas.
Proyectos de CBMw múltiples
Cuando existan múltiples proyectos con CBMw, existirá la oportunidad de estudiar la logística
práctica asociada a la concentración de tratamientos de agua y plantas de dispersión en nodos
dentro de las redes de acopio de agua. Las economías de escala alcanzadas podrían reducir el
costo del tratamiento y entregar soluciones de agua sustentables para la industria, agricultura y
comunidades locales.
En la Parte 4: Usos beneficiosos, se abarcaron los siguientes puntos:

el uso beneficioso de aguas residuales no tratadas

el uso beneficioso de aguas residuales tratadas
Parte 5: Gestión de la irrigación
Sales del suelo y sodio
La Parte 5: Gestión de la irrigación, abarca los siguientes puntos:




la influencia de la irrigación en la química del agua de suelos
el uso de SAR para predecir y mitigar los impactos en la química del
agua de suelos
las herramientas que se usan para el movimiento del agua en el suelo
las aplicaciones del agua residual tratada para fines de irrigación para
maximizar la sustentabilidad
Introducción
La aplicación de CSG no tratadas o aguas de esquisto de petróleo representa un daño potencial
para el suelo y las plantas. Ésta fue la conclusión de la Parte 1. Un efecto similar puede ocurrir con
la aplicación de aguas tratadas en suelos, si las propiedades químicas del agua tratada no son
compatibles con la química del suelo o del agua del suelo. Esta unidad debiera entregar
información y herramientas suficientes para comprender el sistema de diseño de la aplicación de
aguas y cuáles son las propiedades a monitorear, cuando se aplican aguas residuales tratadas.
Estudios de línea base
Para establecer de manera efectiva las tendencias del agua del suelo es fundamental definir,
primero, un conjunto de datos de línea base que contenga la siguiente información:








tipo de suelo (ver Parte 2: Análisis de suelos),
porcentaje de material orgánico por unidad de capa superficial,
conductividad eléctrica (ECi) del agua del suelo,
pH del agua del suelo,
SAR del agua del suelo (se decribe más abajo),
uso del suelo, plantaciones y rotación deseados,
patrones climatológicos locales relacionados con la evaporación y niveles de lluvia; y
perfil del agua que se aplicará en el régimen de irrigación, i.e. SAR y pH del agua tratada.
Irrigación y movilización de las sales del suelo
El mero volumen de irrigación prolongada puede gatillar la movilización de las sales del suelo. Una
vez movilizadas, éstas se transforman en una amenaza para los cultivos y la estructura del suelo.
La aplicación no controlada de agua satura los espacios de poros del suelo. Si dicha agua contiene
mucha sal (iones), ésta actuará desplazando los coloides e iones de sal existentes. El doble efecto
de la evaporación y de la evapotranspiración de las plantas hará que la capa de sal migre hacia la
envolvente de la raíz, afectando las plantas y/o árboles. En casos extremos, las sales se
precipitarán en la superficie del suelo.
Sales del suelo y sodio - Figura 1
Figura 1: Sal desplazándose hacia arriba en el suelo.
El movimiento del agua del suelo a través de éste se llama “percolación” donde la capa de agua,
simplemente, sube y baja con respecto al suelo. Al subir, el perfil de sal se eleva. Cuando baja, la
sal permanece en el nivel superior. La Figura 1 muestra claramente el movimiento ascendente y la
precipitación de las sales cerca de la envolvente de la raíz.
Con los continuos movimientos ascendentes del agua del suelo, la percolación puede hacer que
estas sales ingresen en la envolvente de la raíz y que, más tarde, se desplacen a la superficie
generando condiciones no sustentables para la planta/árbol y, finalmente, la destrucción de la
estructura y textura del suelo existentes. Si los niveles de sal aumentan, la textura del suelo
cambiará y se volverá muy susceptible a las fuerzas de la erosión (lluvia y viento). Una vez
expuestas a la sal, las capas inferiores de suelo se disociarán en presencia del agua, generando
erosión en túnel y erosión por zanjas.
Rehabilitación de suelos afectados por la sal
Una vez que la sal llega a la capa superior es muy difícil recuperar el suelo. Una de las técnicas
consiste en tender tubería para uso agrícola a una profundidad mínima de 1.5 mt bajo la superficie
del suelo, distribuidas en una serie de líneas paralelas por el pastizal. Esta red de tuberías es
capaz de recoger y drenar el agua del suelo que penetra a través del terreno. Más tarde, nuevas
irrigaciones con agua de buena calidad ayudarán a eliminar la sal a través del suelo donde ésta
será capturada por el sistema de drenaje y, luego, eliminada. Esta información no reemplaza la
opinión profesional.
Irrigación y la relación de adsorción de sodio SAR
La relación de adsorción de sodio (SAR) es el índice que se usa para medir la actividad iónica
potencial en el agua. Se usa para expresar la proporción entre iones de sodio e iones de calcio y
magnesio en el agua del suelo. Se puede usar para determinar la propensión de distintos tipos de
aguas a entrar en reacciones de intercambio iónico.
Las aguas residuales pueden tener un SAR de 110 a cerca de 175, mientras que el agua del suelo
en áreas de cultivos productivos sustentables tiene un SAR de 9–10 o inferior. La propensión a
tener reacciones adversas se hace manifiesta al comparar los dos índices; e.g. si se agrega el
índice mayor al inferior, las sales del suelo se movilizarán.
Si comparamos el SAR del agua de irrigación con el SAR del agua del suelo se podrá predecir el
impacto que la primera tendrá en esta última. Si el SAR del agua de irrigación es alto o
extremadamente bajo, éste impactará en el SAR del suelo; por lo general, lo aumentará; rara vez lo
reducirá. En este caso, se producirán efectos de largo plazo cuando el alto SAR del suelo impacte
directamente la gradiente osmótica de la célula vegetal, impidiendo que ésta se desenvuelva
adecuadamente y, por lo tanto, causando la muerte de la planta o cultivo; i.e. similar a lo que
ocurre cuando altos niveles de sal entran a la envolvente de la raíz, como vimos anteriormente.
La Tabla 1 (abajo) indica los niveles de SAR sustentables para usar en agua de regadío y
municipal.
Tabla 1: Guía de SAR
SAR
Guía de SAR
Ninguna
< 3.0

No hay restricción en el uso de agua reciclada.
Leve a
moderada
3.0–
9.0



De 3 a 6, se debe tener cuidado con los cultivos sensibles.
De 6 a 8, se debe usar yeso.
Se deben tomas muestras del suelo cada 1 o 2 años para
determinar si el agua está causando un aumento del sodio.
Grave
> 9.0

Daño grave, no apropiado.
Tabla 1: Guía de SAR
En base a la tabla anterior, para el caso de aguas de regadío con SAR entre 3 y 9 se sugiere
monitorear el suelo con la ayuda de lisímetros para suelos y hacer pruebas regulares de la química
del agua el suelo a distintos niveles a través del perfil del suelo y en distintos puntos del área que
se está irrigando. Un análisis de tendencia de estos datos revelará si el régimen de irrigación que
se está aplicando está o no afectando los suelos. No es recomendable irrigar con agua que
presente un SAR superior a 9 por períodos prolongados.
Monitoreo, gestión y pH
Salinidad del suelo e índice de conductividad eléctrica
La salinidad del suelo se mide usando un índice denominado “índice de conductividad eléctrica”
(ECi). Éste determina la concentración de iones de sal en el suelo. También es un buen indicador
de la capacidad del suelo para adsorber o desechar iones. Para obtener datos exactos de la
humedad ECi del suelo a profundidades crecientes en el perfil del suelo se usa un lisímetro para
suelos. Este instrumento penetra los horizontes descendientes del suelo dentro de su perfil. Si
observamos atentamente, la tasa de penetración del agua de irrigación en el tiempo y a distintas
profundidades se puede usar para determinar la frecuencia y cantidad de agua a aplicar en la
secuencia de irrigación. En base a los datos recogidos, será posible predecir el impacto que
genera la aplicación de aguas residuales tratadas en el suelo, considerando la cantidad y calidad
de agua de irrigación disponible y la información obtenida de análisis de suelos y cultivos.
Si es evidente que el agua de irrigación ya está movilizando las sales del suelo o si se aprecia un
aumento en la concentración de sal del suelo en la envolvente de la raíz, se podrán hacer los
siguientes cambios:

cambiar el SAR del agua de regadío mezclando ésta con otras aguas.

cambiar el volumen del agua que se está aplicando; y

cambiar la frecuencia de las irrigaciones.
Como regla general, a medida que aumenta el ECi del suelo, se produce un correspondiente
impacto negativo neto en las plantas. Así, la capacidad de la gradiente osmótica para transferir el
agua y los nutrientes por toda la célula vegetal disminuye, se bloquea y deja de funcionar. A la
inversa, a medida que disminuye el Eci, mayor será la eficiencia de la gradiente osmótica de la
célula vegetal y mejor será la tasa de crecimiento y la vitalidad de la planta o árbol.
Cómo usar el SAR de aguas tratadas y ECi del suelo para
monitorear la aplicación/ irrigación con aguas residuales
Aplicar las siguientes reglas básicas:

un SAR de agua alto y un ECi del suelo alto no son sustentables; y

un SAR más bajo y un ECi del suelo bajo son sustentables y, con el tiempo, podrían
mejorar el suelo.
El siguiente gráfico representa esta relación. El objetivo del plan de gestión de irrigación con aguas
residuales sería lograr que la curva resultante entre el SAR del agua de irrigación y la salinidad del
agua aplicada se encontrara en el “punto óptimo”; i.e. en el sector sombreado del gráfico (Figura 1,
abajo).
Monitoreo, gestión y pH - Figura 1
Figura 1: Cómo usar el SAR de aguas tratadas y ECi del suelo para monitorear la aplicación/
irrigación con aguas residuales.
pH del agua de irrigación y pH del suelo
Un problema similar al que ocurre al aplicar agua de regadío con altas lecturas de SAR también
sucede cuando se irriga con agua que tiene un pH inferior a 5.8 y superior a 8, aproximadamente.
El agua de regadío tendrá un impacto inmediato en el pH del suelo y se reducirá la capacidad de
las plantas para adsorber los nutrientes, elementos y minerales esenciales. A la vez, esto producirá
un impacto general en la eficiencia del crecimiento de la planta. Por lo tanto, es vital irrigar con
agua que tenga un pH lo más cercano posible al pH óptimo del suelo para asegurar un máximo
crecimiento (pH de 5.8 a 8).
Gestión sustentable de irrigación con aguas residuales
Los impactos de largo plazo pueden ser evitados, si se aplican las siguientes estrategias de
gestión al tratamiento e irrigación con aguas residuales.

Determinar el SAR de las aguas residuales tratadas: apuntar a un SAR bajo 9, pero no
inferior a 1.

Determinar el pH de las aguas residuales: aspirar a un punto óptimo (entre un pH 5.8 y 8,
aproximadamente).

Determinar el tipo de suelo.

o Por ejemplo, los suelos arenosos poseen una penetración de agua superior a la de los
suelos arcillosos. En suelos que contengan mayor porcentaje de arcilla, disminuya el SAR
del agua de tratamiento y ajuste las tasas de irrigación reduciendo la cantidad aplicada y el
tiempo de aplicación para asegurar que no excederá la “capacidad de campo” (ie, cuando
se producen escorrentías).

Determinar la tolerancia a la sal de las plantaciones en crecimiento (esto será de valor
marginal, si el SAR es superior a 15). Ajuste el tipo del cultivo al SAR.

Determinar el volumen más adecuado que se debe aplicar para favorecer la envolvente de
la raíz y no sobrepasar la capacidad de campo.

Determinar los parámetros climatológicos estacionales asociados a niveles de pluviosidad,
tasas de evaporación y velocidades anuales del viento, para lograr la mejor frecuencia de
aplicación de la irrigación.

Determinar la capacidad de regulación de los distintos suelos que se están irrigando (el
tipo de suelo se puede utilizar para predecir la capacidad de regulación natural del suelo –
a mayor nivel de arcilla y material orgánico, mayor será la capacidad de regulación natural,
porque las arcillas tiene mejor capacidad de regulación que la arena).

Para mejorar las capacidades de regulación de un suelo, prefiera aplicar prácticas de
labranza que maximicen el contenido de material orgánico; i.e.

rotación de cultivos anual que maximice la adición de material orgánico en el suelo.

usar especies de cultivos de legumbres en la rotación.

si es posible, seguir un período de barbecho; y

eliminar la práctica de la "quema" ya que calcina y elimina cualquier bacteria y materia
orgánica del suelo.
Resumen
¿Qué factores forman parte de un tratamiento de aguas residuales sustentable y una solución de
uso beneficioso?
Por lo general, un tratamiento de aguas residuales sustentable y una solución de uso beneficioso
son una combinación de los siguientes pasos (ver Figura 2, abajo):

determinar el tipo de suelo y la cantidad relativa de material orgánico presente en él;

fijar un número de puntos de observación del agua del suelo en la extensión de superficie
que se está irrigando; en cada punto instale lisímetros para suelos y, luego, recoja datos de
humedad de éste; e.g. su conductividad eléctrica (ECi) y tasa de penetración del agua;

aplicar la ciencia de la irrigación utilizando herramientas como el SAR del agua de
irrigación que se está aplicando y los niveles de sal del agua del suelo receptor (Eci) con el
fin de determinar la tasa de irrigación óptima;

determinar las opciones y régimen de rotación de cultivos;

determinar la secuencia de eventos de irrigación en relación con los patrones
meteorológicos locales y tipo de suelo; y

regular el volumen de agua que se está aplicando en cualquier evento de irrigación.
Monitoreo, gestión y pH - Figura 2
Figura 2: Ingredientes de una solución de irrigación de aguas residuales sustentable.
En la Parte 5: Gestión de la irrigación, se abarcaron los siguientes puntos:

la influencia de la irrigación en la química del agua de suelos

el uso de SAR para predecir y mitigar los impactos en la química del
agua de suelos

las herramientas que se usan para el movimiento del agua en el suelo

las aplicaciones del agua residual tratada para fines de irrigación para
maximizar la sustentabilidad
Parte 6: Salmueras
Gestión de salmueras en plantas de tratamiento de
agua
En la Parte 6: Salmueras, se abarcan los siguientes puntos:

opciones de gestión de salmueras

cristalización

opciones de procesamiento de salmueras
Introducción
Los gobiernos y comunidades locales están solicitando a las empresas de recursos que describan
en detalle los impactos acumulativos de la implementación de sus proyectos. En este contexto,
¿cuáles son los impactos sociales, medioambientales y económicos que provoca la extracción de
recursos? Considerando su relación con el tratamiento de aguas residuales, unos de los
principales problemas/inquietudes para la industria de recursos tiene que ver con asegurar un plan
de gestión que sea sustentable “de principio a fin” para las aguas residuales (salmuera) desde las
plantas de tratamiento. La siguiente sección describe las alternativas disponibles hoy día.
Determinación de la cantidad y calidad de los residuos
Antes de elaborar un plan de gestión es necesario definir con precisión la cantidad y calidad del
agua para planificar el volumen de residuos/productos que se está generando. Por ejemplo, una
planta de aguas residuales puede producir 1Ml/día de salmuera con una concentración de 20
000ppm de sal, lo que equivale a 20 000kg o 20 toneladas de sal al día y 7300 toneladas al año.
Opciones de gestión
Dependiendo del volumen y concentración, existe una serie de opciones, las cuales dependerán de
los siguientes factores:

economías de escala

costos de transporte al mercado; y

riesgos de opción de tratamiento final en el caso de eliminación bajo tierra, inyección o
relleno sanitario, responsabilidades y gestión de largo plazo.
Agua salada - Acuicultura
Existe una gran variedad de peces y crustáceos que viven en agua salada. La acuicultura se
podría aplicar como el primer paso de una estrategia multifacética. Los peces se pueden mantener
en un curso de agua o jaulas flotantes suspendidas en el primer tranque de salmuera.
Entre las condiciones que se deben cumplir están que la concentración de sal debe ser
suficientemente baja para no interferir con el proceso de asimilación de oxígeno de los peces y el
agua debe contener suficiente oxígeno para sustentar a los peces.
Algas y producción de aceite vegetal
El agua es introducida directamente desde la planta de desalinización. De este embalse, el agua
pasa a una series de tranques donde la concentración de sales aumenta (por la evaporación). En
estos tranques secundarios se podrían cultivar algas para producir aceite vegetal.
Cristalización de sales
Finalmente, la salmuera es enviada a un embalse de salmuera concentrada donde el producto
líquido es extraído para ser refinado hasta obtener un cristal o es dirigido a las salinas para lograr
la cristalización solar.
Lodos o sólidos de salmuera
Dependiendo de la calidad y concentración de sal y de otros potenciales contaminantes en el
concentrado de sal, ésta se puede usar como ingrediente en la alimentación de animales. El
ganado (adulto y no preñado) puede consumir hasta 45 gramos al día de modo que, si hay corrales
de engorde en las cercanías, ésta puede ser una opción para eliminar la sal ya sea en forma
líquida o sólida. Pero, si los volúmenes de producción son muy grandes, es posible que esta
alternativa no ofrezca un gran volumen de consumo. Uno de los costos no previstos es el precio
del transporte cada vez que se traslada sal. Esto también puede afectar el uso de este recurso
como complemento en el alimento de animales.
Inyección en estratos de roca adecuados
El problema con encontrar los estratos de roca correctos donde inyectar la salmuera es que el
material (estratos de roca) debe ser capaz de adsorber y contener la salmuera. Por otra parte, ésta
tampoco debe poder escapar hacia otros acuíferos o impactar (por presión hidráulica física
adicional o contaminación por aditivo) los reservorios de gas y meta-agua. También es difícil
controlar hacia dónde escapará le presión del fondo del pozo, ya que ésta se fugará a través del
punto menos resistente. Por ejemplo, esta fuga puede ocurrir a través de estratos entre mantos o a
través de una serie de estratos ubicados a lo largo de un sector, fisura o fractura débil que ha sido
reactivado por la presión hidráulica aplicada. Es posible que este método no sea del todo
convincente, desde el punto de vista de la sustentabilidad, ya que las responsabilidades de largo
plazo por contaminar un reservorio subterráneo pueden ser catastróficas e irrecuperables.
Pese a que un estudio teórico puede demostrar que inyectar la salmuera en estratos subterráneos
puede ser la opción de menor costo neto, un estudio más acabado de las responsabilidades de
largo plazo y responsabilidades legales asociadas a esta alternativa puede demostrar que esta
opción es insostenible.
Inyección de aguas tratadas en cavernas y minas en desuso
A menudo, las minas antiguas se prolongan buzamiento abajo, pero, otras, se extienden
buzamiento arriba. Obviamente, sería difícil almacenar agua hacia arriba, ya que ésta caería. Lo
anterior nos limita a la opción anterior que es la eliminación buzamiento abajo.
Los residuos eliminados de esta forma, si bien es cierto quedan convenientemente ocultos a la
vista, podrían reaparecer a causa de una erupción en la mina y generar impactos indeseados,
como vimos antes.
La situación se hace más compleja cuando existen otras minas en desuso en las cercanías u
operaciones mineras activas debajo de la mina; i.e. buzamiento abajo. En este caso, el problema
sería el peso del agua que se está agregando progresivamente y está contenida en la mina y la
posibilidad de que el agua escape hacia minas adyacentes. Por ejemplo, 300Mlt/día es igual a casi
306,594 toneladas, considerando una densidad de 1,021.98 kg/m 3. Si todos los días de agrega
este volumen, al cabo de un año, las paredes de la mina estarían resistiendo un peso considerable
y, la más mínima grieta sometida a esa presión hidráulica desencadenará una falla catastrófica de
las paredes que causará la inundación de las labores mineras de niveles inferiores.
Este método no es sustentablemente convincente, a menos que la mina pueda ser sellada de
alguna forma antes de la eliminación final de la salmuera.
El monitoreo de la calidad del agua de sondajes, acuíferos y otras minas locales de las cercanías
indicaría si el reservorio de la mina está sufriendo filtraciones.
Neutralización de residuos mineros ácidos
Dependiendo del pH de la salmuera, teóricamente, sería posible ajustar el pH del drenaje ácido de
la mina mezclando la salmuera con el agua de la mina y, luego, tratando la mezcla. Ésta es solo
una solución parcial y solo puede ser utilizada por la cercanía de una mina que produce drenaje
ácido.
Eliminación en el mar
Este método de eliminación es muy común en el mundo. Por ejemplo, si la calidad del agua
proveniente de la planta de tratamiento tiene una salinidad de 16 000ppm y, el agua de mar, de 37
500ppm, sería difícil argumentar que la descarga de las 16,000ppm de agua en el océano esté
produciendo algún impacto. En un estuario grande, con fluctuaciones de salinidad naturales, esta
operación de descarga podría no tener el más mínimo impacto. Para minimizar los impactos
potenciales, el punto de descarga podría ser organizado de tal forma de distribuir la zona de
mezclado en una extensión aproximada de 1 hectárea o más (éste es solo un ejemplo; la zona de
mezclado y el factor de dilución se deberán fijar en consecuencia). El factor de dilución reduce la
zona de potencial impacto al menor espacio posible. Considerando el escenario anterior, este
método de eliminación puede demostrar ser el más sustentable.
Eliminación de sal en minas/cavernas en desuso
La eliminación de sal sólida en cavernas o minas plantea problemas similares a los descritos en la
metodología de eliminación de salmuera líquida, que vimos antes. Hay oportunidades en que es
posible eliminar sales en minas de sal en desuso o en sitios registrados altamente contaminados;
e.g. tranque de relaves, si están ubicados en las cercanías. Nuevamente, es posible que se
requiera cadena de custodia y monitoreo.
Rellenos sanitarios
Existe la posibilidad de eliminar la sal en rellenos sanitarios inscritos y diseñados para manejar
desechos no tratables. Los costos serían permanentes y podrían gatillar responsabilidades de
largo plazo relacionadas con la rehabilitación.
Encapsulamiento en terreno
Tradicionalmente, una de las opciones ha sido encapsular los desechos de sal dentro de un relleno
sanitario especialmente construido. En este caso, la sal es encapsulada por un medio que impida
la entrada de humedad a la sal o que ésta escape del encapsulamiento. La dificultad que se debe
superar es que, por lo general, estos sitios están registrados como sitios contaminados y el
interesado debe demostrar al organismo regulatorio que el encapsulamiento no se filtrará y que se
está aplicando un proceso de monitoreo para detectar la ocurrencia de cualquier fuga. Este método
de eliminación también conlleva responsabilidades de largo plazo; e.g. si el encapsulamiento se
filtra, es posible que todo el sector deba ser desmantelado y rehabilitado; por lo menos, no se
podría ingresar más sal hasta no haber efectuado reparaciones.
Cristalización y procesamiento
Cristalización
El proceso de cristalización implica la extracción de agua de la salmuera para formar un producto
cristalino sólido. Una vez logrado, éste puede ser depositado en un relleno sanitario o vendido para
su posterior procesamiento.
Si se está aplicando deshidratación con energía solar o térmica por combustible, el problema que
presenta la cristalización es la cantidad de energía requerida para transformar la salmuera en un
producto cristalino. Si está considerando la evaporación solar como su principal método de
deshidratación, la extensión de superficie requerida por las pozas salinas es bastante grande. El
costo de construcción de las pozas y las responsabilidades de largo plazo por razones de
monitoreo y recuperación pueden no ser económicos ni sustentables; en especial, si los terrenos
agrícolas son un recurso valioso y en declinación.
Existe un argumento a favor de usar un porcentaje del gas o del petróleo que se extrae (antes del
extraerlo del yacimiento como energía para nacional o de exportación) para proveer de suficiente
energía térmica para el funcionamiento de una variedad de deshidratadores térmicos que
produzcan sal. Otra de las opciones que se debe explorar es la utilización de calor a partir de
desechos de compresores cercanos o gases del escape de plantas de generación de energía. En
promedio, el calor generado por desechos al final del proceso es de casi 460°C, que es energía
térmica suficiente, si se combina con un intercambiador térmico, para hacer funcionar una planta
de deshidratación.
Otro aspecto a considerar es el costo de transportar las sales sólidas a un relleno sanitario
acreditado o al mercado. Si se decide eliminar la sal en el propio relleno de la empresa, esto
significará que habrá que registrar el relleno, obtener un permiso de uso, monitoreo de largo plazo
y costos de decomisionamiento y rehabilitación finales. Tanto la eliminación en un relleno sanitario
o venta en el mercado pueden implicar obligaciones de “cadena de custodia” e involucrar
responsabilidades de largo plazo.
Venta de sales recuperables
La venta de sales sólidas requeriría un detenido análisis de la sal para confirmar, en forma regular,
que ésta no está contaminada. Para evitar problemas legales y de cumplimiento, sería necesario
iniciar un proceso de control de calidad para garantizar la calidad del producto.
Más adelante se analiza el tratamiento posterior para convertir la sal sólida en productos
secundarios.
Este método puede demostrar ser sustentable pues ofrece una solución contenida dentro de la
cual es posible controlar y monitorear todas las variables.
Procesamiento adicional para generar productos secundarios
Si existe un volumen de sal suficiente, entonces será posible reprocesar la sal y convertirla en otros
productos. Visto desde un enfoque agregado por medio del cual una serie de productores reúnen
sus volúmenes de desecho, ésta podría resultar ser la solución más sustentable. En el caso de la
producción de bicarbonato de sodio, Australia, a diferencia de EE.UU, importa bicarbonato de
sodio. Por lo tanto, desde el punto de vista de la industria agregada, el procesamiento de
salmueras de aguas residuales se puede transformar en la base de una nueva industria en
Australia.
¿Qué contiene la salmuera?
Las sales más importantes (casi 50:50 por peso) son:

sal de mar (Na+ el ión de sodio, Cl- el ión de cloro);

carbonatos de sodio/sales de bicarbonato (denominados trona);

bicarbonato de sodio a través de la inyección de CO 2 ((proceso del lago Searles), Condado
San Bernardino, California, EE.UU.);

sales químicamente precipitadas: CaCO3 (proceso Gossage), MgCO3, Mg(OH)2, etc.; y

sales o elementos valiosos/raros: pequeños en cantidad y difíciles de separar.
En algunas áreas se podrían haber usado aceites no biodegradables que podrían aparecer en el
agua extraída. Estos productos químicos (considerados cancerígenos y prohibidos en muchos
países) están hechos de o contienen derivados asociados al BTEX, i.e. tolueno, benceno,
etilbenceno y xilenos y otros aromáticos y, como tales, representan un peligro para la salud y el
medioambiente y pueden estar presentes en el agua. Este hecho destaca la importancia de
analizar el agua cuidadosamente para garantizar la ausencia de estos químicos. Si estuvieran
presentes, se deberá aplicar un tratamiento de eliminación. Dependiendo de la materia prima
utilizada, el agua también podría contener material radionuclear.
Hoy día, la mayoría de las operaciones utiliza aceites o químicos biodegradables (o nada) en la
exploración, fracking, o proceso de desarrollo en terreno.
¿Qué Procesos se pueden aplicar en el tratamiento de aguas de
salmueras?
Neutralización con ácidos
El impacto de la sal se puede reducir aplicando ácidos y, luego, agregando yeso. Sin embargo, el
volumen y costos de estos productos químicos son prohibitivos en cualquier procesamiento a
escala industrial. Por ejemplo, si comenzamos con una salinidad de 4000mg/l y suponemos que la
mitad del volumen de sal es NaHCO3 (i.e. bicarbonato de sodio) y el bicarbonato de sodio es
neutralizado con H2SO4 (i.e. ácido sulfúrico), produciremos Na2SO4 (que es 15% más liviano por
unidad de sodio contenida) y obtendremos una disminución del contenido de sal cercana al 7%. La
adición de yeso (CaSO4⋅2H2O) agregará casi 20% de sólidos adicionales. Este proceso demandará
grandes volúmenes de ácido que, en la mayoría de los casos, deberá ser transportado y manejado
a lo largo de grandes distancias, todo lo cual hace el proceso insostenible. Por estas razones, no
seguiremos analizando la neutralización con ácido.
Producción de bicarbonato de sodio
El procesamiento de salmueras y el procesamiento de “trona” son similares y, por medio de ellos,
los minerales trona (Na3H(CO3)2⋅2H2O), bicarbonato de sodio y nahcolita (NaHCO3) forman la base
de la industria de los álcalis.
El bicarbonato de sodio se puede producir inyectando CO 2 (proceso del lago Searles) o aplicando
el proceso de Solvay modificado. El riesgo que presenta este método es que la salmuera debe ser
de gran calidad con pocas impurezas (de tener alguna) y los subproductos pueden dañar el
medioambiente, como la potencial descarga de CO2 y amoníaco (NH3.
El carbonato de sodio (ceniza de soda o trona) cuenta con un enorme mercado local y es una
materia prima que se usa en:

fabricación de envases de vidrio

fabricación de aluminio

fibra de vidrio y vidrio especializado

producción de vidrio plano

detergentes en polvo

medicinas

aditivos alimenticios

fotografía

compuestos de limpieza y desincrustantes

control del pH del agua

producción de carbonato de sodio anhidro (carbonato de sodio sin agua)

eliminación del azufre de las emisiones de chimeneas

producción de papel y pulpa de celulosa

tratamiento de aguas; y

otros procesos varios. Estos otros usos incluyen la refinación de petróleo, fabricación de
caucho sintético y explosivos.
Uso de pozas solares
La evaporación solar se puede aplicar para pre-concentrar la salmuera y para calentarla antes de
someterla a cualquier otro proceso. Sin embargo, el tamaño requerido por las pozas bien puede
hacer que este uso sea impracticable.
En la Parte 6: Salmueras, se abarcaron los siguientes puntos:

opciones de gestión de salmueras

cristalización

opciones de procesamiento de salmueras
Apéndices
Acrónimos
C
CHONP: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo: los elementos básicos de la vida.
CBMw: aguas del metano de mantos de carbón.
CSG: gas de mantos de carbón, lo mismo que metano de mantos de carbón.
E
ECi: conductividad eléctrica.
N
NTU: unidades nefelométricas de turbidez.
P
ppm: partes por millón.
R
ROM: mineral en bruto.
S
SAR: relación de adsorción de sodio.
SOw: agua de esquisto de petróleo.
T
TDS: total de sólidos disueltos.
TSS: total de sólidos suspendidos.
U
UN: Naciones Unidas.
Glosario
A
Agua del metano de mantos de carbón: agua extraída de mantos de carbón durante la
extracción de metano/agua del metano de mantos de carbón.
Agua de esquisto de petróleo: agua liberada de depósitos de esquisto.
Agua de mina de carbón: agua liberada desde operaciones extractivas de tajo abierto por pilares
o de tajo largo.
Agua disponible para la planta: cantidad de agua (luego de calcular todos los otros factores)
disponible para las raíces de las plantas.
Agua potable: calidad del agua para beber.
B
Capacidad de campo: cantidad de agua que conserva el suelo después que el exceso de ésta ha
sido drenada o ha escurrido a través del suelo por efecto de la gravedad.
Clarificación: proceso general de remoción de sólidos gruesos del agua. Este proceso puede
constar de varias etapas.
Coagulación: aglomeración de coloides en un fluido (agua).
Coloides: partículas cargadas, muy pequeñas suspendidas en el agua.
Conductividad eléctrica (ECi): medida de la concentración iónica del agua del suelo.
Conductividad hidráulica saturada: medida de la permeabilidad de un suelo.
D
Densidad aparente: masa de suelo seco por unidad de volumen y, a la inversa, capacidad del
suelo para retener agua.
E
Efecto radiador: movimiento cíclico del agua y nutrientes en un tranque.
Enturbiamiento: episodios transitorios de aguas muy turbias (altas en material particulado) que se
presentan en la planta de tratamiento de aguas.
Espacio de poros: vacíos o espacios intersticiales entre las partículas del suelo.
Estructura del suelo: combinación total de los componentes del suelo; ie, arena, limo y arcilla.
Estudio de línea base: determinación de las propiedades del suelo antes de la irrigación para
detectar las tendencias, una vez iniciado dicho proceso; e.g., conductividad eléctrica del agua del
suelo (ECi), tipo de suelo y capacidad de campo.
Evapotranspiración: agua devuelta a la atmósfera desde la superficie del suelo y desde la
superficie de las hojas a través de la evaporación.
F
FEED, diseño de ingeniería inicial: expresión usada para describir, en términos generales, la
fase de diseño de ingeniería de un proyecto.
Floculación: proceso mediante el cual se forman grandes aglomeraciones de partículas que
pueden ser eliminadas mediante burbujas de aire o por sedimentación.
Fracking: proceso que consiste en la inyección de fluidos a alta presión para abrir actuales fisuras
generadas por esfuerzo en las formaciones de rocas.
G
Gradiente osmótica de la célula vegetal: medida de la eficiencia osmótica de la célula vegetal.
H
Hidrocultura: proceso que consiste en cultivar plantas en el agua.
L
Lisímetro: instrumento que se instala en terreno para penetrar a distintos perfiles del suelo y
registrar características del suelo y de su agua.
M
Metano de mantos de carbón: nombre general que recibe el gas metano liberado del carbón.
También conocido como gas de mantos de carbón.
Mineral en bruto (ROM): término general aplicado a la roca extraída de la mina. Por lo general, no
está refinado, contiene impurezas y es apilado antes de ser sometido a procesos.
O
Osmosis: movimiento del agua desde una zona de alto volumen a otra de bajo volumen a través
de una membrana semipermeable.
P
Patógenos: microbios que causan enfermedades.
Percolación:
a) movimiento de la humedad del suelo en el horizonte de éste.
b) movimiento múltiple ascendente y descendente de la humedad del suelo.
Permeabilidad: medida del tiempo que tarda el agua en penetrar a través de distintos suelos.
pH: concentración de iones de hidrógeno en una solución.
Plantas halofíticas: plantas capaces de sobrevivir con elevados niveles de sal.
Poros del suelo: espacios vacíos entre las partículas del suelo.
Punto de marchitez: cantidad mínima de humedad del suelo que requiere una planta para no
marchitarse.
S
Saturación: situación donde todos los espacios o poros del suelo están llenos de agua no
pudiéndose agregar más líquido.
Total suspended solids: A measure of inorganic material suspended in water.
T
Textura del suelo: capacidad general del suelo para mantenerse cohesionado o de las partículas
individuales del suelo para mantenerse unidas o adheridas y agregadas.
Total de sólidos disueltos: medida de los componentes orgánicos e inorgánicos en el agua.
Total de sólidos suspendidos: medida del material inorgánico en suspensión en el agua.
U
Unidad Nefelométrica de Turbidez (NTU): unidad usada para medir turbidez.