Reducción de boro en aguas procedentes de la desalación

Resumen

En el año 2003 entró en vigor el Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, en el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano, incorporándose, al ordenamiento jurídico español, los requisitos establecidos en la Directiva 98/83/CE. En esta normativa se incluye como parámetro de control la concentración de boro, fijándose como límite máximo 1 mg/L. Las recomendaciones de la OMS establecen actualmente como límite aconsejable 0,5 mg/L. Por otra parte, la presencia de concentraciones de boro superiores a 1 mg/L en aguas de regadío puede perjudicar a un amplio grupo de cultivos sensibles a este elemento. El boro se encuentra presente en la naturaleza, principalmente en forma de boratos. Está ampliamente distribuido, tanto en el medio acuático como en el medio terrestre. La concentración en la que se puede encontrar es muy variada, oscilando desde los 10 mg/kg en la corteza terrestre hasta los 4,5 mg/kg en los océanos, no superando, normalmente, los 7 mg/L en las aguas continentales. El boro presente en el agua se encuentra, de forma natural, como ácido bórico [B(OH)3] e ión borato[B(OH)4-], formando un equilibrio, en el que la especie predominante es el ácido bórico, con independencia de que la fuente de boro sea el ácido bórico o uno de los boratos. Esto es debido a que el ácido bórico es un ácido muy débil, con una constante de disociación, pKa, de 9,15. A pH superiores a 10, el anión metaborato [B(OH)4-] comienza a ser la especie dominante. El agua de mar presenta una concentración de boro que ronda los 4 mg/L. Una vez llevada a cabo la desalación mediante ósmosis inversa este valor se reduce hasta 0,8 mg/L-1,5 mg/L, dependiendo de las condiciones de trabajo y de las membranas empleadas en la desalación. El motivo por el que el boro es rechazado en tan baja proporción, por las membranas, es que en las aguas naturales se encuentra en forma de ácido bórico y al tener hidrógenos ácidos y no tener carga, es capaz de formar enlaces, con los grupos activos de las membranas, mediante puentes de hidrógeno. Para ajustar la concentración de boro en las aguas procedentes de la desalación a los criterios de calidad establecidos en la normativa española, éstas deben ser sometidas a un segundo tratamiento. En la bibliografía se encuentran las posibles alternativas para reducir la concentración de boro. Los métodos más empleados y estudiados para la eliminación de boro son la ósmosis inversa y el intercambio iónico. No obstante, existen otros procedimientos que han sido estudiados con este fin, como pueden ser procesos de membranas (ultrafiltración y electrodiálisis) y la adsorción con compuestos de hidrocalcita, carbón y cenizas volantes. El objetivo general de esta investigación ha sido profundizar en el estudio de la eliminación de boro de las aguas procedentes de la desalación mediante las dos vías alternativas más factibles, la ósmosis inversa y el intercambio iónico. Para ello se ha trabajado a escala piloto, en continuo, tratando un agua en condiciones reales, procedente directamente de un proceso de desalación de agua de mar. Se ha estudiado el comportamiento de tres membranas de aguas salobres de diferentes fabricantes. Se ha determinado la influencia del pH en el flujo de permeado, en el rechazo de sales y de boro y el comportamiento cinético de la membrana respecto al rechazo de boro. A partir de los ensayos realizados y del estudio del coeficiente de reflexión del boro se desprenden diferencias notables observándose un comportamiento muy diferente de las tres membranas seleccionadas. Por otra parte se ha estudiado el comportamiento de tres resinas de intercambio iónico, específicas para la eliminación de boro, de diferentes fabricantes, analizando los parámetros cinéticos. El comportamiento de las tres resinas es muy similar. Se ha realizado una valoración económica, tanto del proceso de ósmosis inversa como del de resinas de intercambio iónico, comparándose los resultados. Los dos procesos pueden ser válidos para la eliminación de boro desde el punto de vista técnico y económico. La ventaja que presenta la utilización de resinas frente a las membranas es la flexibilidad del sistema, permitiendo reducir el boro por debajo del límite de detección, sin coste adicional y poder tratar el total del efluente procedente del proceso de desalación. Como desventaja, las resinas de intercambio iónico no resultan un proceso tan estable como la ósmosis inversa, presentando fluctuaciones más acusadas frente a la temperatura y requiriendo un control de proceso más exhaustivo, ya que en caso de que la regeneración no se realice de forma adecuada, se reduce considerablemente el ciclo y puede aparecer boro en el agua tratada antes de lo esperado.