Los pozos del centro de California son la principal fuente de agua para la agricultura de la región, pero el agua salobre contiene altas concentraciones de sólidos disueltos totales (TDS) en general, y elementos recalcitrantes de origen geológico, como el boro, en particular. El boro es difícil de eliminar utilizando tecnologías de membrana como la ósmosis inversa, y el intercambio iónico es bastante costoso, complicado y tiene una importante huella ambiental. El boro, aunque no es un peligro para la salud, puede tener consecuencias no deseadas para la salud y el rendimiento de cultivos arbóreos. Los agricultores pueden querer reducir la salinidad de sus pozos para el riego, y suelen utilizar la ósmosis inversa y el intercambio iónico convencionales, pero la producción de salmuera, el ensuciamiento de las membranas, no conseguir una reducción adecuada del contenido de boro y el elevado coste de aplicación siguen dificultando el uso de la tecnología de tratamiento para que el agua de pozo tenga una calidad adecuada para el uso agrícola.
El sistema de tratamiento mediante adsorción de partículas magnéticas (MPT) de ADS es la primera tecnología sin membranas de su clase que elimina contaminantes de forma selectiva con un consumo mínimo de energía. La tecnología utiliza receptores sintéticos de moléculas pequeñas, acoplados a partículas magnéticas, para fijar y eliminar del agua los contaminantes no deseados. Desarrollado a partir de tecnología utilizada para análisis de sangre, el dispositivo consta de cuatro pasos.
En primer lugar, se introducen las partículas en el agua mediante una tolva. A continuación, un mezclador estático mezcla la solución para garantizar una permanencia adecuada (unos minutos). Luego, las partículas ligadas se eliminan mediante un imán permanente de neodimio. Por último, las partículas se reciclan por medios químicos.
El agua residual del sistema ADS, una forma purificada de la sustancia química utilizada para el reciclado combinada con el contaminante eliminado del agua, puede reutilizarse o venderse. El proceso puede eliminar selectivamente contaminantes que se encuentran en forma de oligoelementos, como arsénico, selenio, perclorato o boro, o los que se encuentran en mayores cantidades, como nitrato, sulfato y TDS. Los receptores se unen selectivamente al contaminante que se quiere eliminar y, por tanto, pueden adaptarse a aplicaciones específicas.
El sistema de purificación es una técnica reutilizable, específica y relativamente barata que reduce drásticamente la salmuera tóxica y elimina el ensuciamiento de las membranas, a la vez que se reduce la demanda de electricidad, y con ello el coste y la huella de carbono de la purificación del agua.
Objetivos de la prueba piloto
Advantageous Systems (ADS) y Linneman Ranches se embarcaron en un ensayo piloto centrado en el tratamiento del agua de pozo para uso agrícola, eliminando selectivamente el boro antes de un sistema de ósmosis inversa.
Linneman Ranches produce frutos secos, principalmente almendras; los huertos se riegan durante las estaciones secas con agua subterránea procedente de pozos. El objetivo de esta prueba piloto era reducir drásticamente la demanda de energía eléctrica para el tratamiento del agua, manteniendo al mismo tiempo la calidad del agua tratada.
El sistema ADS MPT de este ensayo utiliza partículas magnéticas de tamaño micro o nano con receptores selectivos para el boro. Se utilizó junto con la ósmosis inversa. Consta de tres componentes principales:
- Inyección de partículas magnéticas.
- Tiempo de residencia o mezcla de las partículas con el agua.
- Un sistema de eliminación magnética que utiliza imanes permanentes para separar las partículas (que ahora tienen los oligoelementos unidos a ellos) del agua sin necesidad de mucha presión o energía.
Este ensayo utilizó el sistema MPT para eliminar selectivamente el boro antes de un sistema de ósmosis inversa, eliminando la necesidad de una ósmosis inversa de doble paso.
Este ensayo único tenía como objetivo reducir la demanda de energía eléctrica de la ósmosis inversa, eliminando la necesidad un segundo paso por membrana, que suele ser necesario en la ósmosis inversa de agua salobre a baja presión para conseguir una gran reducción en el contenido de boro. Las altas concentraciones de boro de origen geológico debían reducirse a 1,5-2,0 ppm para alcanzar los niveles de tolerancia de los cultivos. Además, el ensayo pretendía reducir drásticamente la demanda de energía eléctrica durante el proceso de tratamiento del agua, sin comprometer la calidad del agua tratada.
Al principio de la prueba, se habló de que, si tenía éxito, y Linneman Ranches era capaz de tratar su propia agua hasta un nivel adecuado, se les permitiría entregarla a la entidad local a cargo de la gestión de aguas a cambio de créditos de agua. Estos créditos de agua pueden utilizarse en sus propias propiedades o venderse a otros agricultores en el ámbito administrativo de la gestora de aguas local.
Éxitos del ensayo
El ensayo obtuvo resultados satisfactorios cumpliendo todos sus objetivos. Se cumplieron todas las necesidades de la explotación en cuanto a calidad y volumen de agua, y el sistema MPT ahorra ahora entre un 35 y un 50% del consumo de energía al sustituir el antiguo sistema de ósmosis inversa de dos etapas o doble paso por el MPT y la ósmosis inversa de un solo paso.
Además, se lograron otros éxitos con el ensayo:
- El sistema de prueba trató un caudal de alimentación de agua de pozo sin tratar a una velocidad de mezcla de 2.000 galones por minuto (7,47 m3/minuto).
- El agua tratada cumplió los objetivos de TDS, boro, cloruros y sodio.
- El ensayo logró un ahorro energético medio de 510 kWh p/m en la planta, lo que equivale a evitar 0,23 toneladas de emisiones de CO2e p/m.
- Más del 90% del agua de alimentación es agua tratada, y menos del 10% son aguas residuales rechazadas.
A lo largo del éxito y la participación en este ensayo, ADS obtuvo información vital de acciones que, quizás, no salieron del todo bien. Por ejemplo, Adam Stein, CEO de Advantageous Systems, declaró: "El pozo tenía a veces algunos problemas de cavitación y de arranque, la demanda de energía en ese lugar tampoco tenía suficiente amperaje, así que nos vimos obligados a usar un generador durante parte del tiempo, y hubiéramos preferido usar un generador solar".
Gracias a la experiencia obtenida con el proyecto, ADS ha creado un generador solar listo para la próxima instalación de un sistema completo.
Este sistema, de eficacia probada, ofrece resultados mejores para el medio ambiente y en cuanto al tratamiento, más baratos y más rápidos, lo que repercutirá positivamente en la industria agrícola y de tratamiento de aguas.
Mejor para el medioambiente: un ahorro energético del 35-50% significa que la utilización de combustibles fósiles para generar energía se reduce entre un tercio y la mitad.
Mejor tratamiento: mayor eliminación de oligoelementos y metales tóxicos en comparación con otros sistemas de tratamiento de agua de pozo.
Más barato: sin el uso de equipos pesados, electricidad u otros tratamientos previos o posteriores, la tecnología MPT es más barata que el tratamiento convencional.
Más rápido: con un tiempo de residencia casi inmediato y sin necesidad de pre o post tratamiento, la tecnología ADS representa la tecnología de tratamiento selectivo de agua más rápida del mundo.
Además, los vecinos de Linneman Ranches han visitado este nuevo sistema y están haciendo cola para adquirir el suyo propio, ¡creando una cartera de agricultores interesados en su propio sistema MPT!
El Trial Reservoir está satisfecho de haber participado en esta prueba piloto de gran éxito y espera con anticipación lo que depara el futuro para ADS, específicamente esta tecnología probada.
