Desalación por ósmosis inversa y su aprovechamiento en agricultura en el valle del Yaqui, Sonora, México

Sonora, situado al noroeste de Mexico, ocupa el segundo lugar en cultivos de riego en el pais. Los problemas de disponibilidad de los recursos hidricos, principalmente para agricultura en ese estado, se deben a la alta concentracion de sales en los pozos, que van desde 2 000 hasta 5000 mg/l de solidos disueltos totales (SDT). Estos altos valores de SDT son atribuidos a efectos de intrusion salina (Devora, Gonzalez, & Saldivar, 2009), al tener una excesiva explotacion del manto acuifero (Conagua, 2011). Sin embargo, el uso de tecnologias de desalacion y modelos de prediccion del proceso permiten aprovechar el recurso de manera optima tanto en agua producto como en el rechazo. Es por esto que el objetivo es definir un modelo matematico de simulacion para la prediccion de la operacion de una planta desaladora de osmosis inversa alimentada por agua salobre, validando que el agua producto cumpla con los limites permisibles para su uso en agricultura. Con motivo de validar el modelo, el experimento consistio en habilitar una planta desaladora por osmosis inversa (OI), con capacidad nominal de 100 m3/d, compuesta por ocho membranas SWC4 de 8”X40”, para ser utilizada en el riego del cultivo de sorgo (Sorghum), el cual presenta un rendimiento de 100%, a una concentracion maxima de 2 000 mg/l de SDT en el agua de riego (4 mS/cm), en un area de 0.25 ha, con la finalidad de evaluar rendimiento en kg/m2 (ton/ha). Se rego la mitad del terreno con agua desalinizada (promedio de 64.8 mg/l de SDT) y la otra mitad con agua salobre de pozos subterraneos (promedio de 6 610 mg/l de SDT). Con el apoyo de un equipo de medicion multiparametrico modelo YSI 556 se determino en el agua de alimentacion, rechazo y permeado, la conductividad electrica (iS/cm), solidos disueltos totales (mg/l), pH y temperatura (°C). Con los datos obtenidos de la planta piloto se diseno un modelo de simulacion en la plataforma de MATLAB R2009a, usando Simulink , que cumple con la funcion de predecir el comportamiento de la planta desaladora, obteniendo concentraciones de agua producto y rechazo en diferentes arreglos con iteraciones de control, que incluye recirculacion de salmuera en diferentes volumenes. De forma subsecuente, este modelo fue utilizado para simular el aprovechamiento de caudal en el agua de rechazo, con la finalidad de incrementar la sustentabilidad del proceso. Los resultados del estudio muestran que al alimentar un agua de 6 610 mg/l de SDT, las corrientes de producto y rechazo son de 64.8 y 21 300 mg/l de SDT, respectivamente. La evaluacion del proceso muestra que el costo de produccion de agua es de 6.05 MX$/m3, muy similar a lo reportado por la International Desalination Association, que es de 6.70 MX$/m3. Con el uso de esta agua desalinizada se logro un incremento de produccion de 1 ton/ha de sorgo, comparado al riego con agua salada. Estos datos se usaron para validar y calibrar el modelo. Los resultados de la modelacion de recirculacion muestran que conforme sea menor el porcentaje de recirculacion de salmuera se pueden realizar hasta cinco iteraciones, sin incrementar la concentracion del agua de alimentacion por arriba de 42 000 mg/l, que es lo maximo permitido por la membrana utilizada en la planta. Se incremento la productividad agricola, por lo cual las inversiones publicas y privadas en el sector rural se consideran viables en el corto plazo. Se encontro que es posible, para las condiciones de la planta de 100 m3/d, recircular total o parcialmente la corriente de salmuera. Se pueden hacer varias iteraciones con esta corriente sin afectar de modo significativo el agua producto ni llevar al maximo la capacidad de la planta. Entre mayor sea el porcentaje de salmuera recirculada, menos iteraciones podran realizarse, pero seran reducidas en mayor medida las descargas al medio ambiente.