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PROBLEMÁTICA Y SOLUCIONES PARA LA GESTIÓN Y
TRATAMIENTO DE SALMUERAS PROCEDENTES DE
DESALADORAS
Domingo Zarzo Martínez

INSTITUTO DEL AGUA Y DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
PROBLEMÁTICA Y SOLUCIONES PARA LA GESTIÓN Y
TRATAMIENTO DE SALMUERAS PROCEDENTES DE
DESALADORAS
DOMINGO ZARZO MARTINEZ
Tesis presentada para aspirar al grado de
DOCTOR POR LA UNIVERSIDAD DE ALICANTE
AGUA Y DESARROLLO SOSTENIBLE
Dirigida por:
Dr. DANIEL PRATS RICO

Daniel Prats Rico, director y tutor del trabajo de investigación “PROBLEMÁTICA Y
SOLUCIONES PARA LA GESTIÓN Y TRATAMIENTO DE SALMUERAS
PROCEDENTES DE DESALADORAS”, realizado por el Licenciado en Ciencias
Químicas D. Domingo Zarzo Martínez, autoriza la presentación del mismo para
optar al grado de Doctor por la Universidad de Alicante, al considerar que se han
alcanzado satisfactoriamente los objetivos propuestos.
Alicante, 24 de julio de 2017
Fdo.: Daniel Prats Rico

A Beatriz, mi chica de ayer, hoy y mañana

AGRADECIMIENTOS
Quiero expresar mi gratitud en primer lugar a Daniel Prats, mi mentor y maestro, amigo,
director de esta tesis, a quien debo gran parte de mi desarrollo profesional y quien confió
en mí desde el primer momento, allá por el año 1988, cuando empezamos a trabajar
juntos y que supuso el comienzo de mis estudios de doctorado hasta llegar hasta hoy,
unos cuantos años más tarde.
A mis directores en Sadyt y Valoriza Agua, Manuel Rubio y Pablo Abril-Martorell, por
haberme permitido desarrollar con libertad estos trabajos de investigación en el marco de
nuestra empresa.
A los coautores de las publicaciones incluidos en esta tesis, que amablemente han
autorizado su utilización: Olga Barron, Ana Berreteaga, Brian Bolto, Stewart Burn, Elena
Campos, Irene De Bustamante, Carlos García, Jose Antonio García, Pilar Hernández,
Manh Hoang, Jose Antonio Iglesias, Javier Lillo, Francisco Molina, Frank Olewniak y
Daniel Prats, así como a los coautores de las presentaciones a congresos: Diego
Alarcón, Antonio Belmonte, Mercedes Calzada, Juan Luis Cano, J.L. Diaz, M. García,
Ana Isabel López, F. Macías, M. Mateos, J. Nieto, Carlos Segura, Roberto Sal, Raquel
Salcedo, Juan María Sánchez, Noemi Sánchez, Patricia Terrero y M. Veneros.
A mis colaboradoras más próximas: Mercedes Calzada, Elena Campos y Patricia Terrero,
quienes han sido parte muy importante de todos estos trabajos de investigación y su
desarrollo.
A Scott Goodell, mi profesor de inglés, por la revisión de algunos textos.
A José Luis Sánchez Lizaso por cederme algunas fotografías sobre salmueras y por sus
importantes estudios sobre el impacto ambiental de salmueras en el medio marino.
A las siguientes empresas por su participación en los proyectos y publicaciones
relacionadas: Valoriza Agua, Sadyt, Sacyr, Scrinser, Ecoagua ingenieros, AGQ y Cabal.
A los siguientes centros de investigación por su participación en los distintos proyectos y
publicaciones: Universidad de Alicante (Instituto del Agua y de las Ciencias Ambientales y
Departamento de Ingeniería Química), Universidad de Alcalá, Universidad Complutense
de Madrid, Universidad Politécnica de Catalunya, Universidad de Huelva, Universidad
Rey Juan Carlos, Universidad de Sevilla, Plataforma Solar de Almería, CETENMA,
IMDEA AGUA, CSIRO (Commonwealth Scientific and Research Organisation), Instituto
Vestlandsforsking (Noruega).
A las instituciones que han facilitado financiación para algunos de los proyectos: CDTI
(Centro para el desarrollo tecnológico industrial), NECDA (National Center of Excellence
in Desalination Australia), Ministerio de Industria, Energía y Turismo y Ministerio de
Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente.
Y por supuesto a mi familia, por todo su apoyo y cariño, sin el cual ningún trabajo tendría
valor.
Con especial recuerdo para mi padre, Antonio, que ya no está entre nosotros, y mi
madre, Amparo, a quienes debo todo lo que soy.

"If we could ever competitively, at a cheap rate, get fresh water from salt water, that it
would be in the long-range interests of humanity which would really dwarf any other
scientific accomplishments. I am hopeful that we will intensify our efforts in that area"
“Si pudiéramos obtener, de forma barata, agua potable a partir de agua salada, ese sería
en los intereses de la humanidad a largo plazo el que realmente eclipsaría cualquier otro
logro científico. Tengo la esperanza de que intensificaremos nuestros esfuerzos en esa
área”
12 de Abril de 1961. John F. Kennedy, Presidente de los Estados Unidos: 1961-63

ABREVIATURAS
BMED = Electrodiálisis con membranas bipolares (del inglés Bipolar Membrane
Electrodialysis)
BWRO = Ósmosis Inversa de agua salobre (del inglés Brackish Water Reverse Osmosis)
CCRR = Comunidad de Regantes
CDI = Desionización capacitiva (del inglés Capacitive Deionization)
CIP = Sistema autónomo de limpieza (del inglés Cleaning In Place)
DAFO = herramienta de estudio de la situación de una empresa o proyecto, donde se
analizan las Debilidades, Amenazas, Fortalezas y Oportunidades. También puede
utilizarse como acrónimo FODA o DOFA.
ED = Electrodiálisis
EDI = Electrodesionización
EDM = Electrodiálisis metatesis
EDR = Electrodiálisis reversible
ETAP = Estación de tratamiento de aguas potables
FO = Ósmosis directa (del inglés Forward Osmosis)
GWI = Global Water Intelligence, grupo de comunicación y consultoría con sede en Reino
Unido, organizador de congreoss y editor de varias revistas y newsletters sobre
desalación y reutilización
HDH = Humidificación-deshumidificación
HERO = Sistema de ósmosis inversa de alta eficiencia (del inglés High Efficiency Reverse
Osmosis)
IDA = International Desalination Association
IMDEA = Instituto Madrileño de Estudios Avanzados
IUACA= Instituto del Agua y de las Ciencias Ambientales, Universidad de Alicante
IX = intercambio iónico (abreviatura establecida internacionalmente)
MD = Destilación de membrana (del inglés Membrane Distillation)
MED = Destilación de múltiple efecto (del inglés Multi-effect Distillation)
MF = Microfiltración
MSF = Destilación súbita multietapa (del inglés Multi-stage Flash)
NF = Nanofiltración

OMS = Organización Mundial de la Salud
PRO = Variante de la Forward Osmosis presurizada (del inglés Pressure Retarded
Osmosis)
PV = Pervaporación
RO = Ósmosis Inversa (del inglés Reverse Osmosis)
SSDP = Southern Seawater Desalination Plant (nombre de la planta desaladora instalada
en Binningup, en el Oeste de Australia)
SPARRO = Ósmosis inversa con precipitación y reciclado de lodo salino (del inglés
Slurry Precipitation and Recycle Reverse Osmosis)
SWRO = Ósmosis inversa de agua de mar (del inglés Seawater Reverse Osmosis)
THM = Trihalometanos
UF = Ultrafiltración
VSEP = Sistema mejorado de membrana con vibración (del inglés Vibratory Shear
Enhanced Membrane Process)
WAIV = Evaporación intensiva con ayuda del viento (del inglés Wind Aided Intensified
Evaporation)
WHO = World Health Organization (Organización Mundial de la Salud)
ZLD = Descarga líquida cero (del inglés Zero Liquid Discharge)

LISTA DE PUBLICACIONES ORIGINALES
Esta tesis está basada en las siguientes publicaciones:
TRABAJOS PUBLICADOS
1) ”Project for the development of innovative solutions for brines from desalination
plants”.
Autores: D. Zarzo y E. Campos.
Revista: Desalination and Water Treatment. Julio 2011.
2) “Microalgae production for nutrient removal in desalination brines”
Autores: D. Zarzo, E. Campos, D. Prats, P. Hernandez, y J.A. Garcia.
Revista: IDA Journal of Desalination and Reuse. Marzo 2014.
3) “Desalination Techniques – A review of the opportunities for desalination in
agriculture”.
Autores: S. Burn, M. Hoang, D. Zarzo, F. Olewniak, E. Campos, B. Bolto y O.
Barron.
Revista: Desalination. Marzo 2015.
4) “Manual de buenas prácticas Inyección Profunda de rechazos de Desalación”.
Autores: A. Berreteaga, E. Campos, I. De Bustamante, J.A. Iglesias, J. Lillo y D.
Zarzo.
Libro: ISBN: 978-84-695-3633-9. 2012.
5) “7 year operation of a BWRO plant with raw water from a coastal aquifer for
agricultural irrigation”.
Autores; C, García, F. Molina y D. Zarzo.
Revista: Desalination and Water Treatment, Julio 2011.

TRABAJOS NO PUBLICADOS
1) “Beneficial uses of reverse osmosis brines”.
Autores: D. Zarzo.
Capitulo para el Libro “Sustainable Desalination Handbook”. Editorial Elsevier. En
preparación (2017).
COMUNICACIONES A CONGRESOS:
1) “Research and Development Project for Sustainable Treatment of Acid Mine
Drainage Water”.
Autores: D. Zarzo, A. López, E. Campos, J. Nieto, F. Macías, M. García, F.
Mateos y A. Belmonte.
Presentado en el 5th
International Congress on Water Management in Mining.
Mayo 18-20 Santiago de Chile (Chile).
2) “Development of an innovative and efficient system for solar desalination with zero
liquid discharge (ZLD)”.
Autores: D. Zarzo, E. Campos, F. Molina, P. Terrero, J.L. Cano, D. Alarcón y A.I.
López.
Presentado en DESAL 2016, Congreso de la Asociacion Latinoamericana de
Desalación (Aladyr). Octubre 2016, Santiago de Chile (Chile).
3) “Energy recovery and optimization in a brackish water desalination plant with
variable salinity”.
Autores: F. Molina, E. Campos y D. Zarzo.
Presentado en el IDA (International Desalination Association) World Congress
2015. San Diego (Estados Unidos), Septiembre 2015.
4) “Towards a near zero liquid discharge in a solar-thermal power Industry”.
Autores: R. Sal, C. Segura, y D. Zarzo.
Presentado en el Congreso Internacional de la IDA (International Desalination
Association), Tianjin (China), Octubre 2013.
5) “Modelling of Brine Discharges Using Both a Pilot Plant and Differential
Equations”.
Autores: J.I. Díaz, J.M. Sánchez, N. Sánchez, M. Veneros y D. Zarzo.
Presentado en el IDA (International Desalination Association) World Congress on
Desalination and Water Reuse “Desalination; Sustainable for a Thirsty Planet”,
Septiembre 2011, Perth (Australia).
6) “Innovador proceso de desalación por osmosis directa utilizando citrato de sodio
como agente extractante. Ventajas e inconvenientes”.
Autores: M. Calzada, P. Terrero, E. Campos, D. Zarzo, y R. Salcedo.
Presentado en el XI Congreso Internacional de AEDyR, Valencia, 19-21 Octubre
2016.

PATENTES
1) “Dispositivo y procedimiento de desalación de salmueras procedentes de
desaladoras de aguas salobres con un disolvente miscible con el agua”.
Numero de publicación: 2 340 452.
Fecha de publicación: 2/6/2010.
Titulares: Sociedad Anónima Depuración y tratamientos, SADYT (100%).
Inventores: L. Rodríguez, L.A. Martínez, J.C. Rubio, J. Pous, D. Zarzo y F.J.
Molina.
2) “Sistema de desalación de agua salobre con vertido cero”. Patente de Invención.
Numero de publicación: 2 565 014.
Fecha de publicación: 22/11/2016.
Titulares: Sociedad Anónima Depuración y tratamientos, SADYT (100%).
Inventores: E. Campos, P. Terrero, D. Zarzo, F.J. Molina, J.L. Cano y M. Calzada.

17
INDICE
1. SÍNTESIS. RESUMEN DE LA INVESTIGACIÓN.......................................... 19
2. INTRODUCCIÓN................................................................................................ 23
2.1. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA DE LAS SALMUERAS...................... 27
2.2. ALTERNATIVAS PARA LA GESTIÓN Y VALORIZACIÓN
DE LAS SALMUERAS.......................................................................................... 33
2.2.1. DESCARGA DE LAS SALMUERAS EN MASAS DE AGUA..................... 35
2.2.2. CONCENTRACIÓN DE SALMUERAS ....................................................... 37
2.2.3. VALORIZACIÓN DE SALMUERAS............................................................ 40
2.2.3.1. Valorización de las salmueras en las propias desaladoras ............ 41
2.2.3.2. Usos potenciales de las salmueras
..................................................... 44
2.2.3.3. Tecnologías emergentes ....................................................................... 48
3. OBJETIVOS........................................................................................................ 53
4. HIPÓTESIS ......................................................................................................... 57
5. JUSTIFICACIÓN DE LA UNIDAD TEMÁTICA.............................................. 59
6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS...................................................................... 63
6.1. ESTUDIO COMPARATIVO DE LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS DE
DESALACIÓN Y DESTINO DE LAS SALMUERAS............................................. 63
6.2. DESCARGA DE SALMUERAS EN MASAS DE AGUA ...................................... 65
6.2.1.MODELIZACIÓN MATEMÁTICA DE LA DESCARGA DE SALMUERAS . 66
6.2.2.ESTUDIO Y DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE DIFUSIÓN 68
6.2.3.INYECCIÓN EN ACUÍFEROS..................................................................... 70
6.2.3.1. Inyección en acuíferos profundos ....................................................... 70
6.2.3.2. Caso de estudio: desaladora de Cuevas de Almanzora .................. 72
6.2.3.3. Caso de estudio: planta Potabilizadora de Abrera ........................... 76
6.3. CONCENTRACIÓN DE SALMUERAS................................................................. 77
6.3.1.CASO DE ESTUDIO: CONCENTRACIÓN DE SALMUERA POR
ELECTRODIÁLISIS REVERSIBLE (EDR) ........................................................... 77
6.3.2.DESCARGA LIQUIDA CERO (ZLD). VIABILIDAD TÉCNICA Y
ECONÓMICA. ANÁLISIS DE LAS SALES PRODUCIDAS................................. 79
6.3.3. NUEVO DESARROLLO: PLANTA DESALADORA ALIMENTADA POR
ENERGÍA SOLAR Y DESCARGA LÍQUIDA CERO ........................................... 83
6.4. VALORIZACIÓN DE SALMUERAS ..................................................................... 87
6.4.1.USOS POTENCIALES DE LAS SALMUERAS DE DESALADORAS........ 87
6.4.2.USOS DE LAS SALMUERAS EN LAS PROPIAS DESALADORAS.
CASO DE ESTUDIO DESALADORA DE CUEVAS DE ALMANZORA .............. 87
6.4.3.EXTRACCIÓN DE SALES DIVALENTES DE SALMUERAS CON
DISOLVENTES ORGÁNICOS.............................................................................. 89
6.4.4.USO DE MICROALGAS PARA LA ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES EN
SALMUERAS........................................................................................................ 92
6.5. TECNOLOGÍAS EMERGENTES. FORWARD OSMOSIS (FO)........................... 94

18
7. PATENTES OBTENIDAS ................................................................................. 97
8. FINANCIACIÓN DE LOS PROYECTOS ...................................................... 101
9. PROPUESTAS PARA LA CONTINUACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN .. 103
10. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................ 105
11. PUBLICACIONES ORIGINALES .................................................................. 109
11.1. TRABAJOS PUBLICADOS................................................................................ 109
11.1.1. PROJECT FOR THE DEVELOPMENT OF INNOVATIVE SOLUTIONS
FOR BRINES FROM DESALINATION PLANTS ............................................... 111
11.1.2. MICROALGAE PRODUCTION FOR NUTRIENT REMOVAL IN
DESALINATION BRINES................................................................................... 135
11.1.3. DESALINATION TECHNIQUES – A REVIEW OF THE
OPPORTUNITIES FOR DESALINATION IN AGRICULTURE........................... 153
11.1.4. MANUAL DE BUENAS PRÁCTICAS INYECCIÓN PROFUNDA DE
RECHAZOS DE DESALACIÓN ............................................................................. 193
11.1.5. 7 YEAR OPERATION OF A BWRO PLANT WITH RAW WATER
FROM A COASTAL AQUIFER FOR AGRICULTURAL IRRIGATION .............. 237
11.2. TRABAJOS NO PUBLICADOS ......................................................................... 255
11.2.1. BENEFICIAL USES OF REVERSE OSMOSIS BRINES ....................... 257
11.2.2. R&D PROJECT FOR SUSTAINABLE TREATMENT OF ACID MINE
DRAINAGE WATER ........................................................................................... 258
11.2.3. DEVELOPMENT OF AN INNOVATIVE AND EFFICIENT SYSTEM
FOR SOLAR DESALINATION WITH ZERO LIQUID DICHARGE (ZLD). ......... 259
11.2.4. ENERGY RECOVERY AND OPTIMIZATION IN A BRACKISH WATER
DESALINATION PLANT WITH VARIABLE SALINITY ..................................... 260
11.2.5. TOWARDS A NEAR ZERO LIQUID DISCHARGE IN A SOLAR-
THERMAL POWER INDUSTRY......................................................................... 261
11.2.6. MODELLING OF BRINE DISCHARGES USING BOTH A PILOT
PLANT AND DIFFERENTIAL EQUATIONS ...................................................... 262
11.2.7. INNOVADOR PROCESO DE DESALACIÓN POR OSMOSIS
DIRECTA UTILIZANDO CITRATO DE SODIO COMO AGENTE
EXTRACTANTE. VENTAJAS E INCONVENIENTES. ....................................... 263
12. CONCLUSIONES............................................................................................. 265

19
1. SÍNTESIS. RESUMEN DE LA
INVESTIGACIÓN

20
ABSTRACT
Desalination has turned into one of the world’s most important non-conventional water
resources in recent years, particularly relevant in places with water scarcity. Spain is one
of the 5 countries with largest installed global capacity and has a significant number of
large seawater desalination plants along with other installations for the improvement of
inland water quality.
Together with the great benefits of desalination (increasing water resources and
improvement of water quality), there is still ample opportunities for research and
improvement, especially in aspects related to the reduction of energy consumption and
environmental impact.
One of the issues which has generated most environmental concerns in the field of
desalination is the management and solution to the concentrate or reject coming from the
system, which is popularly known as “brine”. Brines from desalination plants are water
streams concentrated in the salts extracted from water and they can have very different
properties depending on the desalination technology used, the origin and physical-
chemical characteristics of the raw water and plant recovery (fresh water produced with
regard to water supplied), which determines the concentration of this stream.
Most of the research related to brine management is currently focused on the search for
possible applications of brines for economical commercialization, the extraction of
chemicals contained in brine or which could lead to the production of others or energy
production and improvement of energy efficiency in desalination process.
The present PhD thesis is presented by compilation of papers, a selection of works and
articles dealing with the alternatives for management and treatment of brines, based on a
number of research projects on this topic developed the time of this thesis was achieved.
These projects have covered most of the aspects related to the management of
desalination brines, including a study of alternatives for brine management, microalgae
cultivation for the elimination of nutrients in brines, the possible uses of brines and by-
products, the study of the technical and economical feasibility of evaporation-
crystallization for zero liquid discharge, the mathematical modeling of brine dilution, the
comparison of different desalination technologies, the use of emerging technologies, the
injection of brines in deep wells, the use of residual energy from brines for the reduction of
energy consumption, the direct use of solar energy to feed a membrane desalination plant
and the extraction of salts from brines with organic solvents.
As a result of the research works some papers presented at a number of national and
international conferences are also described, as well as some case studies on actual
installations, and the patents obtained are shown.

21
RESUMEN
En los últimos años la desalación se ha convertido en uno de los recursos de agua no
convencionales más importantes por todo el mundo, con especial relevancia en lugares
con escasez de agua. España es uno de los 5 países con mayor capacidad instalada a
nivel mundial y cuenta con un número importante de grandes desaladoras de agua de
mar, junto con otras instalaciones para la mejora de la calidad de las aguas continentales.
Junto a los grandes beneficios de la desalación (incremento del recurso y de la calidad
del agua), todavía hay campo para la investigación y la mejora, sobre todo en aspectos
relacionados con la reducción del consumo de energía y el impacto ambiental.
Una de las cuestiones que ha generado más preocupación ambiental en el ámbito de la
desalación es la gestión y solución al concentrado o rechazo procedente del sistema, que
se conoce popularmente como "salmuera". Las salmueras de desalación son corrientes
concentradas en las sales que han sido extraídas del agua, y pueden tener propiedades
muy diferentes dependiendo de la tecnología de desalación utilizada, el origen y
características físico-químicas del agua a desalar y la conversión de la desaladora
(cantidad de agua dulce producida respecto al agua total aportada), que determina la
concentración de esta corriente.
En la actualidad, gran parte de las investigaciones sobre la gestión de salmueras se
centran en la búsqueda de posibles aplicaciones para su valorización, bien para la
extracción de productos químicos contenidos en la propia salmuera o que puedan servir
de materia prima para la producción de otros, o bien por la vía de la producción de
energía y la mejora de la eficiencia energética en el proceso de desalación.
La presente tesis doctoral se presenta por compilación de publicaciones, una selección
de trabajos y artículos que tratan sobre las alternativas para la gestión y tratamiento de
las salmueras, basados en una serie de proyectos de investigación sobre esta temática
que se han desarrollado a lo largo de la tesis.
Dichos proyectos han cubierto muchos de los aspectos relacionados con la gestión de las
salmueras de desalación: estudio de alternativas, cultivo de microalgas para la
eliminación de nutrientes en salmueras, posibles usos de las salmueras y sus
subproductos, estudio de la viabilidad de la evaporación-cristalización para la descarga
líquida cero, modelización matemática de la dilución de salmueras, comparación de
distintas tecnologías de desalación, uso de tecnologías emergentes, inyección de
salmueras en acuíferos profundos, uso de la energía residual de las salmueras para la
reducción del consumo energético, uso directo de la energía solar para alimentar una
planta desaladora de membranas, y extracción de sales procedentes de salmueras con
disolventes orgánicos.
Como resultados de los trabajos de investigación se describen también varias
comunicaciones a congresos nacionales e internacionales, así como varios casos de
estudio en plantas reales, y se relacionan las patentes obtenidas.

23
2. INTRODUCCIÓN
La desalación es una tecnología de generación de nuevos recursos de agua dulce a partir
de aguas salobres o agua de mar, que ha tenido un gran crecimiento en los últimos años,
con especial relevancia en lugares con escasez de recursos hídricos. España es uno de
los países con mayor capacidad instalada a nivel mundial y cuenta con grandes
desaladoras de agua de mar, y también algunas importantes de aguas salobres,
dispersas por toda la costa mediterránea e insular, junto con un gran número de
pequeñas plantas instaladas en el interior, utilizadas normalmente para la mejora de la
calidad de las aguas disponibles. Asimismo las empresas españolas son líderes a nivel
mundial en diseño y construcción de instalaciones, con 8 empresas situadas entre las 20
más grandes del mundo.
En la actualidad se estima la capacidad mundial contratada acumulativa de desalación en
95.6 millones de m3
/día (considerando las instalaciones construidas desde el año 1965),
mientras que la capacidad de las plantas en operación es de 88.6 millones de m3
/día
(IDA, GWI, 2017). En la Figura 1 se muestra el crecimiento de la capacidad global
operativa desde el año 1980, donde puede observarse la tendencia casi exponencial en
las últimas décadas.

24
Figura 1. Evolución de la capacidad global acumulativa de desalación 1980-2016 (plantas
en operación, en millones de m3
/día). Elaboración propia con datos extraídos de IDA,
GWI, 2017.
Entre las tecnologías disponibles de desalación, hay dos grupos principales de procesos;
los basados en evaporación, donde se obtiene el agua dulce evaporando el agua con
sales y condensando el vapor, y los basados en membranas, donde las sales son
separadas mediante procesos de membrana.
Los procesos de evaporación pueden operar por medio del aporte de calor (vapor
procedente de una caldera) como en la evaporación súbita (MSF-Multi Stage Flash) y la
destilación de múltiple efecto (MED-Multi Effect Distillation), o bien con el suministro de
energía eléctrica mediante compresión de vapor (VC – Vapor Compression).
Respecto a las tecnologías de membranas, salvo algunas tecnologías emergentes (como
la evaporación de membranas o pervaporación), todas funcionan por medio del aporte de
energía eléctrica, aunque con diferentes modos de utilización (para presurizar las
membranas por medio de bombas en el caso de la ósmosis inversa (RO–Reverse
Osmosis) y nanofiltración (NF), o mediante el uso de corriente continua entre electrodos
para separar las sales por medio de membranas iónicas, como en la electrodiálisis
reversible (EDR)).
Otros procesos que se pueden utilizar para la eliminación de sales como el intercambio
iónico, la precipitación o la congelación no se utilizan a escala industrial para la
desalación salvo en muy pequeñas instalaciones.
Como puede verse en la Figura 2, la ósmosis inversa es en la actualidad la tecnología de
implantación mayoritaria, frente a las tecnologías de evaporación que están en retroceso
por su mayor consumo energético y otras tecnologías como la Electrodiálisis Reversible o
la Nanofiltración, que tienen menor implantación y solo son utilizadas para tratar aguas
salobres.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
millones
de
m3/dia
Año
Capacidad operativa de desalacion

25
Figura 2. Distribución de la capacidad total instalada de desalación por tecnologías.
Adaptado de IDA, GWI, 2015.
En la Figura 3 se representa la capacidad total instalada por tipo de agua de
alimentación, donde podemos observar que aproximadamente el 60% del agua que se
desala a nivel mundial es agua de mar.
Figura 3. Distribución de la capacidad total instalada por tipo de agua de alimentación.
Es también interesante conocer cuáles son los destinos del agua desalada. En la Figura 4
se representa la distribución del agua desalada en función de sus diferentes usos.
65%
21%
7%
3% 2% 2%
Distribución de la capacidad total
instalada por tecnologías
RO
MSF
MED
ED/EDR/EDI
NF/SR
Otros
59%
22%
9%
6% 4%
instalada por tipo de agua de
alimentación
Agua de mar
Agua salobre
Agua de río
Agua residual
Agua pura

26
Figura 4. Distribución de la capacidad total instalada por tipo de agua de alimentación.
El mayor uso del agua desalada es el uso municipal, es decir, la producción de agua
potable para abastecimiento humano, con un segundo lugar ocupado por la industria. Es
de destacar que, mientras a nivel global el porcentaje de agua desalada para la
agricultura no representa más de un 2%, en España se supera el 22% (Zarzo et al, 2012),
con grandes desaladoras de agua de mar como la de Águilas (Murcia) que dedican la
práctica totalidad de su producción al riego agrícola, y otras instalaciones privadas y
públicas que suministran agua para regadío fundamentalmente en las provincias de
Alicante, Murcia y Almería.
Junto a los grandes beneficios de la desalación (incremento del recurso y de la calidad
del agua), todavía hay campo para la investigación y la mejora, sobre todo en aspectos
relacionados con la reducción del consumo de energía y con cuestiones ambientales.
Uno de los aspectos que genera más preocupación ambiental en el ámbito de la
desalación es la gestión y solución a los concentrados procedentes del sistema, que
conocemos como salmueras. Como se puede observar en el esquema de la Figura 5, en
los procesos de ósmosis inversa las salmueras son las corrientes concentradas en las
sales que no atraviesan las membranas.
60%
28%
6% 2%
2%
1%1%
instalada por usos
Municipal
Industrial
Centrales eléctricas
Riego
Turismo
Militar
Otros

27
Figura 5. Esquema de desalación por ósmosis inversa. Fuente: Prats, 2010.
Estas salmueras pueden tener características muy diferentes dependiendo del origen y
las características físico-químicas del agua de aportación, así como de la conversión de
la desaladora (cantidad de agua dulce producida respecto a la cantidad total de agua
aportada), que determina la concentración en sales de esta corriente.
Las salmueras de agua de mar no deberían representar un problema desde el punto de
vista ambiental si su vertido se realiza de forma correcta, con una dilución previa y los
preceptivos estudios de impacto ambiental durante la fase de diseño y construcción, y el
seguimiento ambiental posterior. No es el caso de las salmueras en plantas de interior,
para las cuales todavía no existe un modelo de gestión sostenible y económicamente
viable. Adicionalmente, la posible presencia de elementos tóxicos en el agua tratada, que
pasarán al rechazo y serán concentrados tras el proceso, puede generar una
problemática a estos vertidos de difícil solución.
Una de las tendencias actuales en la investigación sobre la gestión de salmueras en
plantas ubicadas en el interior, es la de la búsqueda de posibles aplicaciones para su
valorización, sea para la producción de productos químicos contenidos en el rechazo o
que puedan servir de materia prima para la producción de otros, o para la producción de
energía y la mejora de la eficiencia energética en desalación.
2.1. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA DE LAS SALMUERAS
Como se ha comentado anteriormente, se entiende por salmuera, en el campo de la
desalación, el rechazo o concentrado procedente del proceso que contiene las sales
extraídas del sistema. Además de estas sales y componentes concentrados, las
salmueras pueden contener productos químicos y residuos procedentes de los distintos
procesos de tratamiento que son en general incorporados a la salmuera antes de su
vertido.
Las características de la salmuera dependen de varios factores:

28
- El origen y las características físico-químicas del agua de aporte al proceso de
desalación.
- La conversión del sistema (relación alimentación/producto), que determina el
factor de concentración de las sales.
- La tecnología utilizada (que influye en la conversión), la cantidad de sales que
pasan al producto y por tanto también las que permanecen en la salmuera, así
como en otros factores tales como la temperatura.
- Los efluentes de las operaciones realizadas en la propia desaladora que se hayan
mezclado con la salmuera del proceso de desalación para su vertido (agua de
lavado de filtros, productos químicos de limpieza de membranas, etc.), tras ser
previamente tratados, o no, en una planta de tratamiento de efluentes.
En el caso de desaladoras de agua de mar, la salmuera es básicamente agua de mar
concentrada en aproximadamente el doble de su salinidad (la conversión típica de
estas instalaciones es del 45%), más pequeñas cantidades de los productos químicos
utilizados en el pretratamiento y los caudales procedentes del tratamiento de
efluentes. En la tabla 1 se muestran a modo de ejemplo análisis reales de salmueras
procedentes de varias desaladoras de agua de mar (en el caso de la planta de
Águilas se incluye también el análisis del agua de mar).

29
Tabla 1. Análisis de salmueras de agua de mar en distintos países. Elaboración propia
con datos suministrados por los operadores.
Planta Águilas- Guadalentín Mantoverde SSDP
Tamaño 210.000 m3
/día 20.000 m3
/día 306.0000 m3
/día
Localización Águilas, España Caldera, III
Región, Chile
Binningup,
Western
Australia
Promotor Acuamed Minera
Mantoverde
Water
Corporation of
Western
Australia
Análisis AGUA DE
MAR
SALMUERAS
pH 8 8,2 7,8 7,92
Calcio (mg/L) 447 790 845
Magnesio (mg/L) 1.401 2.479 2.550
Sodio (mg/L) 12.404 21.921 21.070
Potasio (mg/L) 420 743 784
Estroncio (mg/L) 5 8,9 15
Cloruros (mg/L) 22.002 38.886 38.014
Sulfatos (mg/L) 3.005 5.316 5.342
Nitratos (mg/L) 1 1,8
Bicarbonatos
(mg/L)
98 173 274
Carbonatos
(mg/L)
88 155 19,5
Fluoruros (mg/L) 1,5 2 1,8
Boro (mg/L) 5 8,7 8,6
TDS
(SólidosTotales
disueltos) (mg/L)
39.880 70.488 63.000 68.967
Conductividad
(µS/cm)
91.000
Debido a su mayor contenido salino la densidad de la salmuera es más elevada que la de
la propia agua de mar, lo que provoca que tenga tendencia a permanecer en el fondo
marino. Por este motivo es necesario realizar medidas que favorezcan su dispersión, como
mezclas previas para su dilución y/o vertido al mar por medio de diferentes dispositivos
diseñados para favorecer su rápida mezcla y dilución. A modo de ejemplo, en el caso de la
desaladora de Alicante se realiza una descarga superficial del vertido en la línea de costa
(Figura 6), previa dilución de la salmuera con agua de mar, mientras que en otras
desaladoras como la de Águilas- Guadalentín el vertido se realiza por medio de difusores
(en este caso 8 difusores de 310 mm situados a lo largo de una tubería de 2.913 m de
longitud (Figura 7)).

30
Figura 6. Salida de descarga de salmuera de la desaladora de Alicante. Foto cortesía de
Jose Luis Sánchez Lizaso.
Figura 7. Mapa de ubicación de los difusores en la desaladora de Águilas-Guadalentín
(Águilas, Murcia)
Ahora bien, como ya se ha indicado, el vertido de las salmueras de agua de mar no
debería representar un problema si se realiza correctamente, atendiendo a los
requerimientos de los estudios de impacto ambiental y con un seguimiento ambiental
posterior.

31
Hay que tener en cuenta que las salmueras pueden afectar al medio marino de diferentes
formas: afectando al pH del agua, al oxígeno disuelto, a la concentración de materia
orgánica (que puede contener el agua de mar concentrada o los procedentes del
tratamiento de efluentes), a los sólidos en suspensión o nutrientes, o incluso a la
temperatura, en el caso de plantas de evaporación. El mayor impacto se produce
lógicamente de forma local en la zona de vertido, reduciéndose éste a medida que nos
alejamos de dicha zona, si la dilución se produce correctamente.
Desde el punto de vista químico las características del agua de mar son similares en todo
el mundo, con las diferencias regionales y sus características locales. No ocurre así con
las aguas salobres, cuya composición puede ser muy distinta en función de su origen, e
incluso variable en el tiempo, como puede ocurrir en casos de intrusión salina en los
acuíferos. En consecuencia las salmueras procedentes de plantas de agua salobre son
muy distintas, ya que no existen dos fuentes de agua idénticas. Debido a esta gran
variabilidad, podemos encontrarnos con casos muy diferentes, como por ejemplo
salmueras enriquecidas en iones concretos o incluso la presencia de tóxicos (metales
pesados, pesticidas, compuestos emergentes, etc.), que pueden complicar aún más la
gestión de estas salmueras.
En el caso de las plantas instaladas en interior, lejos de la costa, la solución para las
salmueras no es sencilla, haciendo inviables algunos proyectos de desalación por la
imposibilidad de disponer de un sistema de gestión de salmueras adecuado y viable
económicamente.
Incluso en plantas cercanas a la costa, el vertido de salmueras procedentes de plantas de
agua salobre puede plantear problemas, ya que sus características pueden ser muy
diferentes a las del mar, pudiendo afectar al medio marino (por ejemplo por la presencia
de nutrientes, que pueden causar eutrofización). Asimismo la presencia de tóxicos en las
aguas salobres, aunque sea en baja concentración, puede ser un problema importante, al
producirse la concentración de estos compuestos en el proceso.
En la tabla 2 se presenta como ejemplo de planta de agua salobre un análisis real del
agua de alimentación de la desalinizadora de la Universidad de Alicante, junto con el
análisis de la salmuera producida y el factor de concentración.

32
Tabla 2. Características del agua de alimentación y salmuera de la planta desalinizadora
de la Universidad de Alicante. Datos extraídos del proyecto de investigación sobre
eliminación de nutrientes con microalgas.
Parámetro Agua bruta Salmuera Factor de
concentración
pH 7,2 7,7 -
Conductividad (µS/cm) 5.710 15.360 2,7
Calcio (mg/L) 158 825 5,2
Magnesio (mg/L) 272 659 2,4
Sodio (mg/L) 991 2.976 3,0
Potasio (mg/L) 15,6 80,8 5,2
Boro (mg/L) 48 54,6 1,1
Cloruros (mg/L) 1.167 3.388 2,9
Sulfatos (mg/L) 1.588 4.715 3,0
Nitratos (mg/L) 148 345 2,3
Fósforo (mg/L) 0,1 1 10,0
Bicarbonatos (mg/L) 345 1.025 3,0
TDS (Sólidos Totales
Disueltos) (mg/L)
4.733 14.222 3,0
Las salmueras de desalación pueden contener, además de las sales concentradas
extraídas del sistema, pequeñas concentraciones de productos químicos utilizados en el
proceso (biocidas, antiincrustantes, coagulantes, etc.), así como los efluentes
procedentes de los lavados de los sistemas de pretratamiento (filtraciones o sistemas de
membranas) y de las limpiezas químicas de las membranas, los cuales son tratados en
una planta de efluentes en la mayor parte de las grandes desaladoras modernas antes de
su mezcla con la salmuera. Curiosamente en algunos países con fuerte protección
ambiental, como Australia, se permite el vertido conjunto de los efluentes del
pretratamiento junto con la salmuera si éstos no contienen productos químicos ajenos al
agua de mar.
Algunos autores (Latteman et al, 2008) han reportado asimismo que las salmueras
pueden contener trazas de metales (por ejemplo hierro, cromo, níquel y molibdeno)
procedentes de la corrosión de distintos equipos de proceso (tuberías, válvulas, bombas,
etc.), aunque estas cantidades no deberían ser significativas, ya que se trata de algo
excepcional y no deseado en el proceso. En la tabla 3 se presenta un análisis
comparativo de distintos metales en la captación y varios puntos de vertido de salmuera
en la desaladora Southern Seawater Desalination Plant (SSDP), en Australia; puede
observarse que la concentración de algunos metales en la salmuera es mayor de lo que
explicaría el factor de concentración, como es el caso de Cobre o Zinc, lo que tal vez
podría ser explicado por una posible corrosión, ya que estos metales forman parte de las
aleaciones utilizadas en los sistemas de alta presión de las desaladoras de agua de mar.

33
Tabla 3. Análisis de metales en agua de mar y en vertido de salmuera en la planta
desaladora SSDP (Binningup, Western Australia). Elaboración propia con datos
proporcionados por los explotadores de la instalación.
Parámetro Agua de
mar
Punto de
vertido 1
Punto de
vertido 2
Punto de
vertido 3
V (µg/L) 1.5 2.7 2.9 2.9
Cr (µg/L) < 0.4 < 0.4 < 0.4 < 0.4
Mn (µg/L) 1.7 1 1 1
Ni (µg/L) < 0.3 0.8 0.8 0.7
Cu (µg/L) 0.2 4.5 4.7 4.4
Zn (µg/L) < 1 6 6 4
As (µg/L) 1.9 3 3 3
Se (µg/L) < 1 < 2 <2 < 2
Mo (µg/L) 11 19 19 19
Ag (µg/L) < 0.2 < 0.2 <0.2 <0.2
Cd (µg/L) < 0.2 < 0.2 <0.2 <0.2
Pb (µg/L) < 0.2 < 0.2 <0.2 <0.2
Hg (µg/L) < 0.1 < 0.1 < 0.1 < 0.1
Al (µg/L) < 5 < 10 < 10 <10
Fe (µg/L) < 1 2 < 2 < 2
2.2. ALTERNATIVAS PARA LA GESTIÓN Y VALORIZACIÓN DE LAS
SALMUERAS
Para valorar la magnitud del problema de las salmueras, se debe considerar el volumen
de salmueras generadas. Haciendo un cálculo simplificado con los datos de la capacidad
total operativa (Figura 1) y los de distribución por origen del agua (Figura 3), podríamos
estimar que, suponiendo una conversión media razonable del 45% en las plantas de agua
de mar y del 72% en las de agua salobre, a nivel mundial podrían producirse en la
actualidad diariamente del entorno de 64 millones de m3
de salmuera de agua de mar y
unos 12 millones de m3
de salmuera de agua salobre. En el caso de salmueras de agua
de mar esta cantidad será realmente algo superior, por la menor conversión de los
sistemas de evaporación que no se tiene en cuenta para este cálculo simplificado.
No hay muchos datos publicados sobre el destino de las salmueras de desalación,
aunque evidentemente el más frecuente es la descarga al mar, que es donde además se
concentra la mayor parte de las grandes desaladoras. Este hecho puede observarse en la
Figura 8 donde se muestran las mayores plantas de Europa y la Región Mediterránea (se
puede destacar la concentración de plantas en España, Argelia e Israel). La OMS, en un
informe sobre desalación (WHO, 2007), indicaba que el 90% de las grandes desaladoras
de agua de mar vierten sus salmueras al mar a través de un sistema específicamente
diseñado para ello y por uno de los siguientes procedimientos: descarga a través de un
nuevo emisario o a través de un emisarios existentes de depuradoras o de centrales
térmicas.

34
Figura 8. Plantas desaladoras mayores de 100.000 m3
/día en el área mediterránea.
Elaboración propia.
Respecto a las plantas de agua salobre, en la tabla 4 se muestran las soluciones
adoptadas para las salmueras en Estados Unidos (Mickley, 2006) y en Australia (NSW
Public Works, 2011).
Tabla 4. Alternativas de gestión de salmueras en Estados Unidos y Australia.
Soluciones de
gestión de
salmueras
Estados Unidos Australia
Descarga superficial 45% 48%
Vertido al mar 12%
Descarga a redes
de alcantarillado
27% 17%
Inyección de
acuíferos profundos
13% 12%
Aplicación al terreno 8% 9%
Lagunas de
evaporación
5%
Vertido líquido cero 2%
Como podemos observar, en cualquier caso el principal destino de las salmueras es su
vertido a masas de agua de distintas tipologías, sean marinas, dulces o residuales,
mientras hay un creciente interés por la investigación en la reducción de volumen y la
potencial valorización de las mismas.

35
En la Figura 9 se ha elaborado un diagrama con los posibles destinos de las salmueras
de desalación, a partir del cual desarrollaremos los siguientes apartados y la estructura
de los resultados de esta tesis.
Figura 9. Esquema de alternativas de gestión de salmueras de desaladoras. Elaboración
propia.
Como podemos observar, los posibles destinos de la salmuera pueden ser:
- Descarga a masas de agua
- Concentración (que puede finalizar de nuevo en descarga, en vertido liquido cero
o en valorización)
- Valorización
2.2.1. DESCARGA DE LAS SALMUERAS EN MASAS DE AGUA
La práctica totalidad de las desaladoras de agua de mar vierten sus salmueras al mar, y
en el caso del agua salobre también la mayor parte de las salmueras son descargadas a
aguas naturales, mayoritariamente superficiales, o bien a sistemas de saneamiento.
Respecto a la descarga de salmueras al mar, previamente al diseño de la descarga hay
que realizar una serie de estudios tales como el estudio de impacto ambiental, estudios
del fondo marino (batimetrías, estudio de especies, estudio de los materiales del fondo
marino), corrientes marinas, análisis de los datos físico-químicos del agua, temperatura,

36
etc., con el fin de determinar el punto de descarga más adecuado y con menor impacto.
En la Figura 10 se muestra en forma gráfica el resultado de uno de estos estudios,
mostrando en un mapa los sedimentos marinos, batimetría, materiales del fondo marino,
especies predominantes y su estado, etc.
Figura 10. Mapa-resultado de los estudios del fondo marino para el diseño del vertido de
la desaladora de agua de mar de Alcudia (Mallorca). La zona de color gris representa la
costa y los diferentes colores muestran los materiales y especies del fondo marino.
Fuente: Cortesía de Sadyt.
El impacto de las salmueras de desalación sobre el mar y los organismos marinos ha sido
ampliamente estudiado en el mundo y particularmente en España por organismos como
el Cedex y el Departamento de Ciencias del mar y biología aplicada de la Universidad de
Alicante, con numerosas publicaciones sobre los efectos sobre organismos marinos y
habiendo realizado el seguimiento ambiental de una gran parte de las desaladoras de la
costa Mediterránea (De la Ossa et al 2016, Fernandez-Torquemada et al 2007, 2009,
2012, 2013, Garrote-Moreno et al 2014, Sanchez-Lizaso et al 2008, entre otros.). Estos
centros de investigación han realizado numerosos estudios de laboratorio, experimentos
de campo y seguimiento de vertidos, lo que ha permitido establecer los límites de
tolerancia a la salinidad de varias especies marinas, entre las que destaca la Posidonia
Oceanica. Esta fanerógama, que está muy extendida por el Mediterráneo, se ha
convertido en uno de los principales indicadores de la afección ambiental al medio marino
de las salmueras por varios motivos: es una especie endémica, está protegida por la
Unión Europea, tiene una elevada producción primaria, estabiliza los sedimentos, es
hábitat para muchas especies, es muy sensible a los cambios de salinidad y tiene una
capacidad de regeneración muy baja.
Con el fin de evaluar correctamente la dilución de la salmuera en el agua de mar se
cuenta con una serie de modelos matemáticos y modelizaciones (algunos de ellos

37
programas comerciales, como el Cormix, quizá más conocido) que simulan el vertido y su
efecto antes de que se produzca (fase de diseño) y pueden ser asimismo utilizados para
realizar un seguimiento posterior del mismo con los datos obtenidos en campo.
En general, los planes de seguimiento ambiental de los vertidos de salmuera en la fase
de operación de las instalaciones incluyen las siguientes actividades:
- Control de la calidad del vertido (oxígeno disuelto, salinidad, nutrientes, pH, etc.)
bien en continuo mediante dispositivos medidores con comunicación a la planta
(boyas con sensores), bien mediante muestreos y análisis periódicos.
- Establecimiento de mapas de conductividades en la zona de vertido con puntos
de muestreo a distintas profundidades y distancias de los difusores.
- Comprobación de la afección directa sobre organismos marinos indicadores
(como la Posidonia Oceanica) mediante técnicas como la microcartografía) y
seguimiento de otras especies sensibles.
Otra de las posibles alternativas para la descarga de salmueras (en general para
instalaciones de interior) es la inyección en acuíferos profundos. Si bien esta práctica está
muy extendida en países como Estados Unidos, donde por ejemplo se utilizan para este
fin antiguos pozos de petróleo, se considera que es prácticamente inviable en España,
donde los organismos de Cuenca con toda probabilidad no lo permitirían dada la
dificultad de encontrar acuíferos totalmente aislados e impermeables que no produzcan
contaminación a otras fuentes de agua.
2.2.2. CONCENTRACIÓN DE SALMUERAS
Como la salmuera es un subproducto del proceso de desalación, se debe procurar
obtenerla lo más concentrada posible, con el fin de reducir su volumen (salvo en los
casos en los que lo que se necesita es su dilución).
2.2.2.1. Aumento de la conversión
El primer paso, y más evidente, para reducir el volumen de salmuera producida, es
incrementar la conversión del sistema, es decir, producir más agua a partir de la misma
cantidad de agua de alimentación. La conversión está limitada químicamente por las
sales insolubles que precipitan en el sistema cuando se supera su producto de
solubilidad. Es por ello que las sales que mayor riesgo generan son los sulfatos (de
Calcio, Bario y Estroncio), los bicarbonatos, los fluoruros y la sílice, al ser las sales más
insolubles encontradas con más frecuencia en las salmueras.
Las formas más comunes para evitar la precipitación de estas sales son el uso de
reactivos antiincrustantes (que son en general polifosfonatos, polimaleatos o
poliacrilatos), la reducción de la conversión del sistema (que va en contra de la economía
y de la reducción del volumen de salmuera) o el uso de tecnologías para reducir la
concentración de estas sales más insolubles en el pretratamiento (ablandamiento,
precipitación, etc.). Debe destacarse que en algunos casos el uso de polifosfonatos como
antiincrustantes genera problemas adicionales para el vertido de salmueras cuando los
requerimientos de vertido de fósforo son muy estrictos.

38
Algunos otros procedimientos para incrementar la conversión del sistema son:
- reducción de iones divalentes en el pretratamiento (por intercambio iónico,
precipitación u otros procesos similares), ya comentado anteriormente.
- reducción del pH del agua de aporte (que reduce el riesgo de precipitación por
bicarbonatos, disminuyendo el índice de Langelier).
- combinación de los procesos anteriores, como el sistema de ósmosis inversa de
alta eficiencia HERO (Mukhopadhyay, 2015).
- concentradores de salmuera, que consisten el hacer pasar el rechazo por otra
nueva etapa de desalación para producir más agua desalada, aunque en este
caso continua existiendo la limitación debida a los productos de solubilidad de las
sales insolubles.
2.2.2.2. Empleo de electrodiálisis reversible
En el caso del agua salobre, la electrodiálisis reversible es un proceso competitivo con la
ósmosis inversa para la desalación a bajos rangos de salinidad (aproximadamente hasta
unos 5 g/L de sales totales disueltas). Un esquema simplificado de este proceso se
muestra en la Figura 11.
Figura 11. Esquema simplificado de la electrodiálisis reversible. Fuente: Prats, 2010
En general mediante EDR se pueden alcanzar mayores conversiones que utilizando
ósmosis inversa fundamentalmente por dos motivos: se realiza una limpieza/barrido
periódico de las sales sobre el sistema (las sales están alternativamente a los dos lados
de la membrana ya que se cambia la polaridad de los electrodos) y se incorporan
recirculaciones, lo que no es habitual en ósmosis inversa. Ahora bien, el posible empleo
de la EDR para la concentración de salmueras no es viable económicamente ya que para
altas concentraciones salinas se necesitan muchas etapas sucesivas y el proceso deja de
ser competitivo por su elevado consumo energético.

39
2.2.2.3. Concentración por evaporación
La concentración de las salmueras puede realizarse asimismo por procedimientos de
evaporación, con empleo de energía artificial (evaporadores) o natural (lagunas de
evaporación).
En la figura 12 se muestra un esquema de un proceso de evaporación con aporte de
calor artificial.
Figura 12. Esquema de un proceso de evaporación con calor artificial. Fuente: Prats,
2010.
Los procesos de evaporación son energéticamente costosos. El máximo grado de
concentración al que podemos llevar las salmueras es el estado sólido, obtenido
mediante los procedimientos que se conocen como de vertido líquido cero (ZLD, del
inglés Zero Liquid Discharge), y están basados en procesos de evaporación seguidos de
la cristalización de las sales.
Los sistemas de evaporación utilizados para esta aplicación son en general sistemas de
evaporación por compresión de vapor (mecánica o térmica), con el problema de su
elevado consumo energético.
Respecto a la fase de cristalización de sales disueltas (que en general es forzada, de
película descendente), aunque es un proceso bien conocido y que produce agua de gran
calidad, junto con las sales cristalizadas, tiene un alto coste de inversión y operación y
genera ensuciamiento (incrustación) del sistema, lo que implica la necesidad de limpiezas
frecuentes.
Las lagunas de evaporación han sido tradicionalmente la forma más sencilla de gestión
de las salmueras en interior. Se trata de almacenar los vertidos en grandes lagunas de
poca profundidad lo que permite su evaporación. En general tienen un coste reducido (si

40
se dispone de suficiente superficie disponible), aunque están limitadas a caudales
relativamente pequeños, deben ser ubicadas en lugares con la climatología adecuada y
tienen los inconvenientes de la necesaria impermeabilización y extracción y gestión del
residuo extraído.
Los procesos de lagunaje pueden ser mejorados con evaporación forzada incrementando
la superficie de evaporación bien por sistemas de aspersión o bien usando superficies
verticales de caída descendente donde se utilizan las corrientes de aire para favorecer la
evaporación.
Una variante muy interesante de los procesos de evaporación en lagunas son las lagunas
de gradiente solar. En éstas, que se dividen en tres zonas a distintas profundidades con
salinidad creciente al incrementarse la profundidad (zona superior convectiva, zona no
convectiva y zona de almacenamiento convectiva), se aprovecha el gradiente térmico de
cada una de estas zonas (generado por la irradiación solar, la profundidad y las
diferentes salinidades y densidades de cada zona) para generar energía eléctrica.
En resumen, los procesos más comunes para la concentración de salmueras son:
- Procesos de evaporación seguidos de cristalización de las sales.
- Lagunas de evaporación.
- Lagunas solares de gradiente de salinidad.
- Procesos de tratamiento en dos etapas con precipitación o reducción biológica
intermedia.
- Ósmosis inversa con ablandamiento previo (HERO).
- Humidificación-deshumidificación (o Dewvaporation, DW).
- Solidificación y secuestración de sales.
- Proceso de membrana vibratorio (VSEP).
- Nanofiltración en dos etapas.
- Secado solar avanzado (Advanced Solar dryer, ASD).
- Precipitación y recirculación de lodo salino (SPARRO).
- Tecnologías emergentes.
2.2.3. VALORIZACIÓN DE SALMUERAS
El destino más conveniente para las salmueras desde cualquier punto de vista
(ambiental, económico o técnico) es su valorización, es decir, la utilización de las
salmueras para su valoración económica y generadora de beneficios (comercialización).
La valorización de las salmueras puede realizarse de diferentes maneras y podríamos
establecer tres posibles usos o aplicaciones diferentes, aunque esta división es subjetiva
y contiene algunos aspectos compartidos entre los tres:
1. Valorización de la salmuera en las propias desaladoras.
2. Usos potenciales de las salmueras.
3. Uso de tecnologías emergentes.

41
2.2.3.1. Valorización de las salmueras en las propias desaladoras
Previamente a la descarga o gestión de las salmueras, hay una serie de posibilidades
que pueden realizarse dentro de la propia instalación de desalación para su
aprovechamiento. Los principales usos potenciales de estas salmueras son:
1. Recuperación de energía.
2. Usos de limpieza en pretratamiento.
3. Producción de energía.
4. Producción de productos químicos in-situ.
1) Recuperación de energía
El uso más común y conocido de las salmueras dentro de las instalaciones de desalación
por ósmosis inversa es el de la recuperación de su energía residual. Dado que la elevada
presión suministrada en la alimentación de las membranas permanece en la salmuera,
con la reducción debida a la pérdida de carga del sistema y las membranas, esta presión
puede ser aprovechada para reducir el consumo energético de la planta. Para ello se
utilizan turbinas (de tipo Pelton, Francis, etc.), como se muestra en la Figura 13 o
recuperadores de energía como los actuales intercambiadores de presión (Figura 14),
extendidos en la mayor parte de desaladoras de agua de mar modernas. Lógicamente
estos sistemas son muy eficientes en el caso del agua de mar dada la mayor presión y
caudales, mientras que su uso y efectividad son menores y menos frecuentes en el caso
de las plantas de agua salobre (que trabajan a menores presiones y producen un menor
caudal de salmuera).
Figura 13. Bomba de alta presión con turbina Pelton. Desaladora de Alcudia (Mallorca).

42
Figura 14. Recuperadores de energía por intercambio de presión ERI. Desaladora
Southern Seawater Desalination Plant (Binningup, Australia).
2) Usos de limpieza en pretratamiento
En los últimos tiempos se ha extendido la práctica del uso de las salmueras de
desalación como corriente de limpieza para los sistemas de filtración (sean
convencionales o de membranas), aprovechando su poder bactericida (gracias a su alta
presión osmótica que provoca un “choque osmótico” a los microorganismos) y generando
un ahorro de agua adicional (ya que se deja de utilizar para este fin agua de aportación o
filtrada).
3) Producción de energía
La producción de energía a partir de las salmueras es una posibilidad que se está
explorando en la actualidad mediante el uso de gradientes de salinidad y su potencial
osmótico. El proceso se basa en el uso de la tecnología de Forward Osmosis u Ósmosis
directa (FO) (Figura 15) o alguna de sus variantes (como la Forward osmosis
presurizada, PRO) por el cual tendríamos un balance positivo de energía al poner en
contacto dos soluciones de distinta salinidad a los dos lados de una membrana, gracias a
la diferencia de potenciales químicos o potencial osmótico. La idea práctica para este
proceso es la de emplear salmueras con agua de mar, aguas residuales o superficiales y
producir energía gracias a las diferencias en sus presiones osmóticas y potencial
químico.

43
Figura 15. Esquemas de Pressure retarded osmosis (PRO y Forward Osmosis (FO) y).
Fuente: Alsvik y Hägg (2013)
A pesar de que esta idea parece relativamente nueva, se pueden encontrar referencias
de trabajos investigando esta posibilidad ya en 1954 (Pattle, 1954) y en trabajos
posteriores en 1974 (Loeb, 1974).
Las dificultades actuales para esta aplicación son el desarrollo de nuevas membranas
(las membranas de ósmosis inversa asimétricas no pueden utilizarse para esta
aplicación, ya que la dirección del flujo de agua es el contrario al habitual en ósmosis
inversa), los bajos flujos y la productividad, el ensuciamiento de las membranas, y en el
caso de uso de soluciones con alta presión osmótica (que se conocen como las draw
solution), encontrar las soluciones más adecuadas (y su compatibilidad con el uso del
agua tratada) y su posterior separación del agua.
Otras tecnologías como la Electrodiálisis Reversible (EDR) también podrían ser utilizadas
para la producción de energía usando los gradientes de salinidad (Tufa et al, 2014). La
EDR puede ser utilizada directamente o en combinación con otros procesos como se
describe en un trabajo de la Universidad del Estado de Pensilvania (Cusick, 2012) donde
se desarrolló una nueva tecnología (célula microbiana de electrodiálisis inversa (MRC))
para producir energía a partir de gradientes de salinidad combinando EDR y Células de
combustible microbianas (MFC). Aunque la aplicación fue desarrollada para soluciones
salinas de bicarbonato amónico y no para salmueras, podría ser potencialmente aplicada
a las salmueras.
Otra variante diferente para la producción de energía a partir de la salmuera se encuentra
en los casos en los que la instalación se encuentra a una diferencia de cota importante
con el mar, de forma que se puede utilizar esta diferencia de altura para producir energía
por medio de una turbina. Esta aplicación se está utilizando por ejemplo en la desaladora
de agua de mar de Adelaida, en Australia.
Por último, otra tecnología descrita para la producción de energía a partir de gradientes
de salinidad que podría ser utilizada con salmueras es la del uso de un generador o

44
turbina sin membranas (llamado generador hidrocrático). Estos sistemas se basan en la
introducción de agua dulce y agua de mar en un tubo perforado que contiene una
pequeña turbina que es accionada por el efecto de ósmosis generado por las diferencias
de salinidad.
4) Producción de productos químicos in-situ
Por último, otro de los potenciales usos de salmuera en las instalaciones es la de la
generación de productos químicos in situ. Esto puede realizarse por medio de tecnologías
como la electrocloración para producir hipoclorito sódico (Badruzzaman et al, 2009)
(donde la solución que aporta los cloruros podría ser salmuera) o nuevas tecnologías
para la producción de distintos productos químicos (por ejemplo HCl o NaOH) basadas
en la electrodiálisis (como la electrodiálisis metátesis o electrodiálisis con membranas
bipolares) (Fernandez et al, 2016, Perez Gonzalez et al, 2012, 2015), aunque estas
aplicaciones están todavía en el campo de la investigación.
Como se ha comentado La electrocloración es una tecnología muy establecida para la
producción de hipoclorito sódico in-situ a partir de la electrolisis de soluciones salinas (en
general utilizando cloruro sódico o agua de mar) y no hay muchas experiencias en el uso
de salmuera para esta aplicación. Recientemente ha surgido una Spin-off de la
Universidad Politécnica de Cartagena (llamada Useful Wastes) que pretende realizar este
proceso, aunque implica la separación previa de todas las sales que interfieren el proceso
(sulfatos, nitratos, etc.).
2.2.3.2. Usos potenciales de las salmueras
Los principales usos potenciales de las salmueras que podrían dar lugar a una
comercialización de productos o subproductos son los siguientes;
1. Obtención de sales y productos de valor económico.
2. Acuicultura.
3. Aplicaciones medioambientales.
4. Aplicación al terreno / regadío.
5. Industria.
6. Otros (control de heladas, hidroterapia, etc.).
1) Obtención de sales y productos de valor económico
Las salmueras, como soluciones concentradas en sales, son una fuente potencial de
obtención de sales. Son muchas las aplicaciones para las sales presentes en las
salmueras: para ablandamiento de aguas duras, para la industria cloro-álcali, para
obtener sal de mesa, para la producción de detergentes, para perforación petrolífera,
para secado, etc.
La sal común es el condimento más antiguo utilizado por el hombre desde hace miles de
años y su influencia ha tenido implicaciones en la alimentación, salud, sociales y

45
económicas. A modo de ejemplo, podemos mencionar que en tiempos del imperio
romano la sal era tan valiosa que era utilizada como moneda o método de pago, lo que
supuso el origen de la palabra salario.
Entre otras, las principales sales minerales que pueden ser obtenidas evaporando agua
de mar (y por tanto salmueras) son (Aral et al, 2006): Anhidrita (CaSO4), Bischofita
(MgCl2 6H2O), Calcita (CaCO3), Carnalita (MgCl2 KCl 6H2O), Dolomita (CaMg(CO3)2),
Epsomita (MgSO4 7H2O), Yeso (CaSO4 2H2O), Halita (NaCl), Hexahidrita (MgSO4 6H2O),
Kieserita (MgSO4 H2O), Langbeinita (K2SO4 2MgSO4), Mirabilita (Na2SO4 10H2O), Silvinita
(KCl+NaCl), Silvita (KCl) y Thenardita (Na2SO4). En este trabajo se estuvieron analizando
las distintas sales que podrían ser obtenidas del agua de mar, así como otras sales
derivadas de NaCl o yeso.
Le Dirach et al (2005) identificaron asimismo ocho elementos de especial interés
económico en las salmueras (Fósforo, Cesio, Indio, Rubidio, Germanio, Magnesio,
Cloruro sódico y cloruro potásico) y estudiaron como éstos podrían ser extraídos de
forma técnica y económicamente viable.
Curiosamente una de las potenciales aplicaciones más evidentes de las salmueras
procedentes de agua de mar, que sería la producción de sal en salinas costeras, ha sido
poco utilizada, aunque hay reportados algunos casos de éxito en Grecia (Laspidou et al,
2010) y en la desaladora de Eilat en Israel (Ravizkya y Nadav, 2007). En España también
hubo algunos estudios preliminares en Santa Pola y Torrevieja (Alicante) (En la Figura 16
se puede observar una fotografía de las salinas de Santa Pola) durante la construcción
de las grandes desaladoras del programa Agua, aunque los proyectos no llegaron a
materializarse.
Figura 16. Salinas de Torrevieja (Alicante)
Aparte de los procesos más convencionales de obtención de sales de las salmueras
como los sistemas de evaporación, pueden utilizarse otros procesos más innovadores de
separación como la extracción con disolventes orgánicos, como se describe en uno de
los trabajos de investigación presentados en esta tesis. Peterskova et al (2012)
estudiaron también el potencial de extracción de Cesio, Rubidio y Litio utilizando
hexacianoferrato como extractante, obteniendo buenos resultados.

46
La empresa Enviro Water Minerals, que tiene su principal actividad reportada en Texas,
de acuerdo a las informaciones de su página web (http://www.envirowaterminerals.com/),
extrae y consigue comercializar a partir de salmueras sal de alta pureza, cal, soluciones
caústicas, fertilizantes basados en potasio liquido como fertilizante, salmuera rica en
bromuros y lechada de hidróxido magnésico, utilizando para ello diferentes tecnologías
(stripping, electrodiálisis, ósmosis inversa, nanofiltración, intercambio iónico, eliminación
biológica de Selenio, cristalizadores de recompresión de vapor, crsitalizadores a vacío y
lixiviación hidrometalúrgica).
2) Acuicultura
Otra aplicación interesante de las salmueras es la acuicultura. En uno de los proyectos de
investigación de esta tesis se estudió el uso de microalgas para la eliminación de
nutrientes de salmueras de desaladoras, obteniendo resultados muy positivos para la
eliminación de nitratos con algunas especies.
Hay algunas experiencias en acuicultura salina en distintos países como Australia,
incluyendo la producción de trucha, perca, barramundi (especie de pescado local), y otras
especies (Allan et al, 2001, Khan et al, 2009) pero no han sido estudiadas con salmuera
de desalación, sino con aguas salinas.
Una experiencia interesante es la descrita por Sánchez et al (2015) en Brasil, donde se
propone el desarrollo de un sistema en el que la salmuera de una planta desaladora
utilizada para regar productos agrícolas que se podría utilizar a su vez para alimentar un
sistema de acuicultura para producir Tilapia, suplemento alimenticio de ganado y el alga
Spirulina para la producción de forraje para ganado. Junto con los productos comerciales
obtenidos (ganado, suplementos alimenticios y productos agrícolas), los residuos del
ganado se usarían como abono para el campo agrícola, cerrando así el ciclo de
producción. La propuesta parece interesante aunque de momento es solo una idea de
concepto.
3) Aplicaciones medioambientales
Aunque son muy poco conocidos, algunos usos ambientales de las salmueras como su
empleo en humedales, canales y como recarga de acuíferos están siendo explorados.
Los humedales artificiales se alimentan frecuentemente con efluentes de depuración de
aguas residuales. Sería más complicado el uso de salmueras para esta aplicación, ya
que se necesitan especies vegetales tolerantes a la salinidad. Como ventajas, sería un
proceso natural, podría proporcionar un hábitat valioso para distintas especies o usos
recreativos, y podrían utilizarse mezclas de salmuera y agua de otros orígenes para
reducir la salinidad. Sin embargo, hay importantes inconvenientes como el hecho de
precisar una gran superficie, la falta de experiencia de esta aplicación a gran escala y el
potencial impacto en las aguas subterráneas si el humedal está comunicado con algún
acuífero.
Un caso interesante de regeneración ambiental empleando salmueras, es el de la
desaladora de Jávea, en Alicante, donde la salmuera ha servido para regenerar un canal
navegable que se comunica con el mar (Figura 17), contribuyendo a su oxigenación y
eliminando los malos olores y acumulación de sedimentos que se producían

47
anteriormente (Malfeito et al, 2005). De forma similar, el vertido dentro de bahías
cerradas o puertos podría ayudar a la mejora ambiental de estos espacios (Gonzalez et
al, 2011).
Figura 17. Canal de vertido de salmuera de la desaladora de Jávea (Alicante). Foto
cortesía de Jose Luis Sánchez Lizaso.
Sin duda, el mayor proyecto de regeneración ambiental con salmueras será, si finalmente
se ejecuta, el conocido como Red Sea-Dead Sea, por el cual, una gran desaladora
instalada en el Puerto de Aqaba en Jordania, producirá agua potable para la región y su
salmuera será bombeada cientos de kilómetros hasta el Mar Muerto, para rellenar y
regenerar éste. Todavía no hay referencias escritas sobre este proyecto pero si
numerosas noticias en medios de comunicación y hay publicada ya una lista de
licitadores internacionales aceptados para participar en el proyecto.
4) Regadío
No hay muchas referencias sobre el uso de salmueras para el riego de productos
agrícolas, debido a la escasa tolerancia de los cultivos a la salinidad, aunque podemos
encontrar experiencias en Palestina (Al-Agha y Mortaja, 2005) para el riego de olivos y
palmera datilera o algunas experiencias en Brasil (De Souza et al, 2015) con el riego de
lechugas, tomate, pimiento, girasol y otros. En estos casos se trataba de salmueras de
baja salinidad.
5) Industria
Algunos de los usos industriales reportados son el uso en industria petrolífera o la
preparación de soluciones de regeneración para resinas de intercambio iónico.
6) Otros usos
Otros usos de menor envergadura para las salmueras pueden ser el uso en hidroterapia,
el desarrollo de halófilos, la retención de CO2 por secuestración mineral, el control de
heladas y supresión de polvo en carreteras y viales, etc.
Como aspecto reseñable hay que indicar que la mayoría de estas aplicaciones requieren
pequeños volúmenes de salmuera (salvo la extracción económica de componentes), por
lo que no pueden ser una solución viable para la salmuera de grandes instalaciones.

48
2.2.3.3. Tecnologías emergentes
Entendemos por tecnologías emergentes aquellas que están todavía en fase de
investigación o no han conseguido pasar de las fases de pilotaje o desarrollo de
prototipos. En el campo de la desalación, las más conocidas son:
- Forward Osmosis (en sus distintas variantes: FO, PRO, etc.).
- Pervaporación (PV).
- Destilación de membrana (MD).
- Desionización capacitiva (CDI).
- Grafeno nanoporoso.
- Membranas biomiméticas.
- Acuaporinas.
- Células de combustible microbianas.
- Bioelectrogénesis.
- Electrodiálisis metátesis y electrodiálisis con membranas bipolares.
- Otras.
En la tabla 5 se muestran las características, ventajas e inconvenientes de las
tecnologías emergentes más desarrolladas.

49
Tabla 5. Comparativa de las principales tecnologías emergentes
Tecnología FO PV MD CDI
Fundamento
Para extraer el
agua dulce de la
solución salina se
utiliza un agente
extractante (draw
solution), con
mayor presión
osmótica que el
agua tratar. Al
separarlos por
medio de una
membrana
semipermeable, el
agua sin sales
pasa hacia el
medio extractante
equilibrando los
potenciales
químicos.
Posteriormente
hay que separar el
medio extractante
del agua por
distintos medios
(en general
térmicos o de
membrana).
Proceso de
separación de
membranas con
membranas no
porosas aplicado
a líquidos
miscibles. La
separación se
produce por
medio de la
aplicación de
vacío en el lado
de la membrana
mientras que el
permeado es
recogido como
vapor el cual se
condensa como
agua producto.
Agua salina
precalentada y
permeado se
mantienen a
ambos lados de
una membrana
hidrofóbica que
mantiene las
corrientes liquidas
alejadas de la
membrana.
Debido al
incremento de
temperatura y la
fuerza conductora
de la presión de
vapor, el agua es
vaporizada en el
lado de
alimentación,
difundida a través
de la membrana y
finalmente
condensada
dentro del lado de
permeado frio,
dejando las sales
en el lado de
alimentación.
Aproximación
electroquímica
inducida a la
eliminación de
iones de
soluciones
acuosas. Cuando
se hace circular
los iones
cargados entre
una doble capa
eléctrica
(electrodos), al
hacer pasar una
corriente, los
iones son
atraídos por dicha
capa
suministrando un
agua libre de
iones cargados.
Fortalezas
Altas separaciones
de sales, bajo
ensuciamiento de
membranas y
potencialmente
menor consumo
de energía.
Requiere menor
calor latente que
las técnicas de
evaporación y se
puede usar con
compuestos
sensibles a la
temperatura.
Gran área de
contacto de
membrana, alto
rechazo de sales,
pequeña
superficie
ocupada y
condiciones de
operación
moderadas,
capaz de integrar
energías
renovables.
Bajo coste de
operación.
Fácilmente
acoplable a
energía solar para
producción
fotovoltaica. Poco
ensuciamiento
por cambio de
polaridad. Alta
conversión (80%)
Retos
Flujos reducidos
(requiere más
superficie de
membrana).
Carencia de
soluciones
extractantes
Bajo flujo de
permeado, flujo
de agua y
estabilidad de la
membrana.
Bajo flujo de
permeado y agua,
ensuciamiento y
humectación del
poro de
membrana,
funcionamiento a
Los electrodos
carbonosos son
los componentes
más críticos ya
que la capacidad
electroabsortiva
depende de las

50
efectivas y no
nocivas y su
separación
posterior del agua.
largo plazo y
ciertos costes de
energía y
producción aún
por determinar.
propiedades
físicas (área
superficial y
conductividad del
electrodo).
Variantes
-Pressure
enhanced osmosis
(PEO)
-Pressure retarded
osmosis (PRO)
-Sistemas
Integrados FO-RO
-PV a vacío
-PV con gas
portador (carrier)
-MD de contacto
directo
-Air gap MD
- MD a vacío
-
Posibles
usos
Desalación,
generación
osmótica de
energía y otros
(MBR osmótico,
tratamiento de
lixiviados).
Desalación,
deshidratación de
disolventes
orgánicos y
soluciones
azeotrópicas (por
ejemplo
etanol/agua).
Desalación.
Contactores de
membrana para
separación de
soluciones
acuosas de
orgánicos,
desgasificación
de agua.
Desalación.
Situación
actual
Pequeñas plantas
(<300 m
3
/día),
algunos
fabricantes
produciendo
membranas.
Utilizada
comercialmente
para
deshidratación de
etanol e
isopropanol. Para
desalación,
plantas piloto y de
pequeño tamaño.
Laboratorio,
plantas piloto y
pequeñas
instalaciones.
Plantas piloto y
pequeñas
instalaciones.

51
Todas estas tecnologías han ido surgiendo en los últimos años con el objeto de
desarrollar procesos de desalación con un menor consumo energético. No es previsible
que el consumo de energía de los procesos de desalación pueda ser reducido de forma
importante debido a que con los nuevos avances técnicos de la ósmosis inversa
(membranas, recuperadores de energía más eficientes) se ha llegado a un punto próximo
a su límite termodinámico (que sería igual a la energía necesaria para disolver las sales
en el agua). Por tanto, no es previsible que ninguna de estas tecnologías pueda sustituir
en el corto plazo a la ósmosis inversa como la principal tecnología de desalación.
Sin embargo, gracias a la investigación de estas tecnologías, se han encontrado
potenciales aplicaciones interesantes como las siguientes:
- Producción de energía aprovechando gradientes de salinidad.
- Mejora de la eficiencia de tecnologías actuales.
- Procesos híbridos más eficaces.
- Tratamiento de salmueras.
El mayor uso potencial con salmueras de estas tecnologías es la producción de energía
aprovechando el potencial osmótico, que ya ha sido descrito anteriormente en este
documento.
Finalmente, indicar que en un estudio en el que se compararon la mayor parte de las
tecnologías emergentes, con sus ventajas e inconvenientes, Morillo et al (2014)
concluyeron que la destilación de membrana, la forward osmosis, los procesos de electro-
separación y la recuperación de metales eran las más prometedoras para la gestión de
las salmueras de desaladoras.

53
3. OBJETIVOS
Globalmente, los objetivos de la presente investigación han sido el estudio de las distintas
soluciones a la problemática generada por las salmueras de desalación, la determinación
de sus características y generación, su vertido, y las posibles alternativas para su
valorización. Como objetivos más específicos;
- Identificar las diferentes tecnologías de desalación disponibles, tanto de agua de mar
como salobre, con sus ventajas e inconvenientes y la determinación de la diferente
problemática que plantean respecto a sus salmueras.
- Estudiar los distintos métodos y procedimientos de gestión de salmueras (descarga,
inyeccion profunda, valorización, etc.).
- Estudiar los potenciales usos de las salmueras y sus subproductos (extracción de sales,
acuacultura, producción de energía, etc).
- Estudiar la eficiencia de algunos procesos para la extracción de sales y subproductos de
las salmueras (evaporación-cristalización, extracción con disolventes).
- Estudiar distintos aspectos de la modelización de los vertidos de salmuera al mar y los
coeficientes de difusión de las mezclas agua de mar-salmuera.
- Desarrollar nuevas tecnologías y procesos como la extracción de sales divalentes de
salmueras con disolventes orgánicos o el desarrollo de un sistema de desalación
alimentado con energía solar y vertido cero.
- Analizar la aplicación de las distintas soluciones en instalaciones reales como casos de
estudio.
- Incrementar y profundizar en el conocimiento sobre la problemática y soluciones al
tratamiento y gestión de salmueras.
En las tablas 6 y 7 se indica en que artículos y ponencias han sido desarrollados los
diferentes objetivos.

54
Tabla 6. Objetivos recogidos en las distintas publicaciones.
ARTÍCULOS
TEMÁTICAS
Project for
the
develop-
ment of
innovative
solutions
for brines
from
desalination
plants
Microalgae
production
for nutrient
removal in
desalination
brines
Desalina-
tion
techniques
– a review
of the
opportuni-
ties for
desalination
in
agriculture
Manual de
buenas
prácticas.
Inyección
profunda
de
rechazos
de desala-
ción
7 year
operation of
a BWRO
plant with
raw water
from a
coastal
aquifer for
agriculture
irrigation
Identificación de
tecnologías de
desalación y su
problemática
X
Estudio de métodos
de gestión de
salmueras
X X
Estudio de los
potenciales usos de
las salmueras
X X X X
Estudio de la
eficiencia de
algunos procesos
para la extracción
de sales
X
Estudio de
aspectos de
modelización de
vertidos
X
Desarrollo de
nuevas tecnologías
y procesos
X
Aplicación a casos
reales
X
Incrementar el
conocimiento sobre
la problemática de
las salmueras
X X X X

55
Tabla 7. Objetivos recogidos en las distintas presentaciones a congresos.
PONENCIAS
TEMÁTICAS
Beneficial
uses of
reverse
osmosis
brines
Research
and
develop-
ment
project for
sustaina-
ble
treatment
of acid
mine
drainage
water
Develop-
ment of an
innova-tive
and
efficient
system for
solar
desalina-
tion with
zero liquid
discharge
(ZLD)
Energy
recovery
and
optimiza-
tion in a
brackish
water
desalina-
tion plant
with
variable
salinity
Towards a
zero liquid
discharge
in a solar-
thermal
power
industry
Modeling
of brine
discharge
using both
a pilot
plant and
differen-
tial
equations
Innova-dor
proceso de
desala-
ción por
ósmosis
directa
utilizando
citrato de
socio
como
agente
extractan-
te
Identificación
de
tecnologías
de desalación
y su
problemática
X
Estudio de
métodos de
gestión de
salmueras
X X X X
Estudio de los
potenciales
usos de las
salmueras
X X
Estudio de la
eficiencia de
procesos para
la extracción
de sales
X
Estudio de
aspectos de
modelización
de vertidos
X
Desarrollo de
nuevas
tecnologías y
procesos
X X X X
Aplicación a
casos reales
X X X X X
Incrementar el
conocimiento
sobre la
problemática
de las
salmueras
X X X X X X

56
Tomando como base la Figura 9, se representan gráficamente en la Figura 18 los
diferentes modelos de gestión y tecnologías utilizados para las salmueras, resaltando con
fondo naranja los que han sido estudiados en las distintas publicaciones.
Figura 18. Sistemas de gestión de salmueras con indicación de los sistemas estudiados
en las publicaciones (resaltados en fondo naranja).

57
4. HIPÓTESIS
La gestión de los rechazos o salmueras que se derivan de los procesos de desalación
constituye un reto ambiental importante, ya que en cada caso se debe procurar su
deposición con el mínimo impacto ambiental. Se han revisado los distintos sistemas de
gestión, llegando a la conclusión de que, en el caso de las salmueras procedentes de
desaladoras de agua salobre (fundamentalmente las de interior), no existe en la
actualidad un sistema de gestión que sea aceptable desde el punto de vista técnico y
económico.
El planteamiento y objeto de esta tesis es el de avanzar en la búsqueda de nuevas
soluciones para la gestión de salmueras e incrementar el conocimiento en esta materia.
Para ello, se han realizado varios proyectos de investigación explorando las distintas
posibilidades de gestión de salmueras, cubriendo un amplio espectro de alternativas
(vertido, concentración y valorización).
Complementariamente a los proyectos de investigación, coordinados por el doctorando y
realizados con la colaboración de numerosos centros de investigación, se han estudiado
algunos casos reales de plantas donde han sido aplicados algunos de los conocimientos
adquiridos durante las investigaciones.
Como resultado de las investigaciones, junto con la importante producción científica (5
publicaciones, un capítulo de libro en preparación y un buen número de comunicaciones
a congresos internacionales), se han conseguido dos patentes relacionadas,
respectivamente, con el desarrollo de un nuevo proceso de extracción de sales de
salmueras y una nueva tecnología de desalación alimentada con energía solar y vertido
cero escalada a nivel de prototipo.

59
5. JUSTIFICACIÓN DE LA UNIDAD
TEMÁTICA
Los trabajos presentados en la presente tesis doctoral forman un conjunto temático
relacionado con la gestión de las salmueras o rechazos de las plantas desaladoras.
Los artículos publicados, que son la base del presente documento, se basan
fundamentalmente en la descripción de los resultados obtenidos en varios grandes
proyectos de investigación. El primero de ellos, ”Project for the development of innovative
solutions for brines from desalination plants”, describe la investigación realizada entre los
años 2007 y 2009 (“Proyecto de Investigación para el desarrollo de soluciones
innovadoras en la gestión de los vertidos procedentes de desaladoras”, perteneciente al
Programa Nacional de Ciencias y Tecnologías Medioambientales/Subprograma Nacional
de Tecnologías para la Gestión Sostenible Ambiental, con nº de expediente FIT-310200-
2007-225), siendo el doctorando el coordinador de dicho proyecto, y que contó con la
colaboración de distintas Universidades (Universidad de Alicante, Universidad Politécnica
de Catalunya, Universidad Complutense de Madrid y Universidad de Alcalá de Henares) y
centros de investigación (IMDEA Agua (Instituto Madrileño de Estudios Avanzados-Agua)
y CETENMA (Centro Tecnológico de la Energía y el Medio Ambiente de Murcia)).
El proyecto se desarrolló con las siguientes líneas de investigación o sub-proyectos;
1. Investigación de una tecnología novedosa para la recuperación de sales
divalentes de salmueras (extracción con un disolvente orgánico). Caracterización
y usos posibles de salmueras y subproductos.
2. Estudio de la viabilidad técnica y económica de la aplicación de salmueras de
plantas desaladoras para distintos usos.
3. Desarrollo de sistemas de descarga líquida cero para salmueras de desalación
por medio de la tecnología de evaporación-cristalización y determinación de su
viabilidad técnica y económica.
4. Desarrollo de sistemas de inyección en pozos profundos de salmueras con
estudio de sus implicaciones ambientales.

60
5. Desarrollo de dilución avanzada de salmueras. Investigación y modelado de los
distintos parámetros y comparación con los modelos matemáticos existentes.
Cubriendo así la mayor parte de los objetivos propuestos para esta tesis.
Junto a este proyecto, cuyos resultados están resumidos en el artículo citado, se
presentan otras publicaciones donde se describen los resultados parciales de otras líneas
de investigación relacionadas y casos de estudio de plantas desaladoras reales,
completando así la visión global de la problemática descrita en la introducción y
cumpliendo con los objetivos previstos.
El artículo, “Desalination Techniques – A review of the opportunities for desalination in
agriculture”, describe parte de los trabajos realizados en el marco del proyecto de
investigación “Opportunities for Desalination in Agriculture in Australia”, realizado en 2013
en cooperación entre la empresa Valoriza Agua (de la que el autor es Director Técnico y
de Investigación y Desarrollo y Coordinador del proyecto) y el CSIRO (Commonwealth
Scientific and Industrial Research Organisation), que fue financiado por el NECDA
(National Center of Excellence in Desalination Australia) en su Programa de Financiación
(Funding Round) 4. En este trabajo se estudiaron los distintos procesos de desalación
existentes y los emergentes, con sus aplicaciones, ventajas e inconvenientes, consumos
de energía y costes, así como los distintos procedimientos para la gestión de salmueras.
Junto a los trabajos publicados se han incluido también una serie de ponencias
presentadas a distintos congresos internacionales. Todas estas publicaciones reflejan
aspectos de la problemática asociada a las salmueras de desalación, describen
proyectos de investigación o trabajos relacionados y profundizan por tanto en los
objetivos de la investigación. Son proyectos posteriores al proyecto inicial realizado entre
los años 2007-2009 (y además algunos continúan activos) y son la continuación del
mismo en esta temática general.
Otro de los trabajos que se han incluido en esta selección de publicaciones es el capítulo
preparado para el libro “Handbook of Sustainable Desalination” titulado precisamente
“Beneficial uses of reverse osmosis brines”, con el que el doctorando ha sido invitado a
contribuir por la Editorial Elsevier, como experto en la materia.
Las distintas investigaciones realizadas han dado lugar asimismo a dos patentes
obtenidas por las empresas que han desarrollado los proyectos, en las que el doctorando
es co-inventor; una de ellas basada en el desarrollo de una tecnología de extracción de
sales de salmueras con disolventes orgánicos y la otra en un proceso de desalación
alimentado por energía solar y con vertido liquido cero.
Como puede observarse, los trabajos presentados en esta investigación cubren la mayor
parte de las opciones para la gestión y tratamiento de las salmueras de desaladoras
descritas en la introducción de este documento.
En las Tablas 8 y 9 se muestran los diferentes trabajos presentados en esta tesis, con
indicación de las temáticas que son tratadas en cada uno de ellos.

61
Tabla 8. Temáticas sobre gestión y tratamiento de salmueras con indicación de las
publicaciones donde han sido tratadas.
ARTÍCULOS
TEMÁTICAS
Project for
the
develop-
ment of
innovative
solutions
for brines
from
desalina-
tion plants
Microalgae
production
for nutrient
removal in
desalina-
tion brines
Desalina-
tion techni-
ques – a
review of
the
opportu-
nities for
desalina-
tion in agri-
culture
Manual de
buenas
prácticas.
Inyección
profunda
de recha-
zos de
desala-
ción
7 year
operation of
a BWRO
plant with
raw water
from a
coastal
aquifer for
agricultural
irrigation
Benefi-
cial uses
of
reverse
osmosis
brines
(*)
Comparativa de
tecnologías
X
Descarga en
masas de agua
X X X X X
Modelización
matemática de la
descarga
X
Estudio de
coeficientes de
difusión
X
Inyección en
acuíferos
X X X X X
Concentración de
salmueras y ZLD
X X
Usos potenciales
de las salmueras
X X X X
Extracción con
sales divalentes
X X
Uso de
microalgas
X X X
Tecnologías
emergentes
X X
(*) se ha incluido este capítulo del libro (en preparación) dentro de la tabla de
publicaciones.

62
Tabla 9. Temáticas sobre gestión y tratamiento de salmueras con indicación de las
presentaciones en congresos donde han sido tratadas.
PONENCIAS
TEMÁTICAS
Research
and
develop-
ment
project for
sustainable
treatment of
acid mine
drainage
water
Develop-
ment of an
innovative
and
efficient
system for
solar
desalination
with zero
liquid
discharge
(ZLD)
Energy
recovery
and
optimiza-
tion in a
brackish
water
desalination
plant with
variable
salinity
Towards
a zero
liquid
dischar-
ge in a
solar-
thermal
power
industry
Modeling
of brine
discharge
using
both a
pilot plant
and
differen-
tial
equations
Innovador
proceso
de desala-
ción por
ósmosis
directa
utilizando
citrato de
socio
como
agente
extractan-
te
Comparativa de
tecnologías
X
Descarga en masas
de agua
X X X X X
Modelización
matemática de la
descarga
X
Estudio de
coeficientes de
difusión
Inyección en
acuíferos
X
Concentración de
salmueras y ZLD
X X X
Usos potenciales
de las salmueras
X
Extracción con
sales divalentes
Uso de microalgas
Tecnologías
emergentes
X

63
6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
En este capítulo se describen de forma resumida los resultados de cada una de las
investigaciones realizadas y que se recogen en los trabajos publicados. Los resultados se
exponen por temáticas, siguiendo la clasificación de la introducción, en lugar describir
cada una de las publicaciones de modo independiente.
6.1. ESTUDIO COMPARATIVO DE LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS DE DESALACIÓN Y DESTINO
DE LAS SALMUERAS
La mayor parte de los procesos de desalación comerciales desarrollados a gran escala
están basados en procesos de evaporación (MSF, MED, VC) o de membranas (RO, NF,
EDR), con un fuerte predominio y crecimiento en la actualidad de la ósmosis inversa
frente a los procesos de evaporación, debido al mayor consumo de energía de éstos y
por tanto su mayor coste de producción de agua e impacto ambiental. Este predominio
creciente está teniendo lugar incluso en los países del Golfo Pérsico, tradicionales
usuarios de la desalación por evaporación y donde el precio de la energía es inferior.
En el artículo “Desalination techniques – A review of the opportunities for desalination in
agriculture” se realizó un estudio comparativo sobre las distintas tecnologías de
desalación disponibles. Dado que el artículo estaba focalizado en la desalación para
agricultura, no se analizaron en profundidad las tecnologías de evaporación por su
elevado consumo energético.
El proyecto que soportó esta investigación “Opportunities for Desalination in Agriculture in
Australia”) fue desarrollado por el CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial
Research Organisation) y Valoriza Agua, con la financiación del NECDA (National Center
of Excellence in Desalination Australia) entre los años 2012 y 2013 (Funding Round 4).
El objeto era el de asesorar al NCEDA, al gobierno australiano, al sector agrícola y del
agua en cuanto a la viabilidad de utilizar la desalación para producción agrícola en
Australia y proporcionar orientación sobre las perspectivas del uso de agua desalada.

64
Como parte de estos trabajos, se realizó una investigación que incluyó un estudio
técnico-económico de las alternativas de desalación, ventajas en inconvenientes de cada
tecnología, problemática de las salmueras, etc., cuyos resultados son los que se
presentan en el artículo.
Para las tecnologías de Ósmosis inversa, Nanofiltración, Electrodiálisis e intercambio
iónico se describieron los costes de instalación, costes energéticos y costes
operacionales. Se realizó asimismo una breve reseña de las tecnologías emergentes, su
situación actual y usos potenciales.
En la tabla 10 adaptada y traducida del artículo, se comparan los costes de instalación y
operación de las siguientes tecnologías: ósmosis inversa de agua de mar, ósmosis
inversa de agua salobre, destilación de múltiple efecto (para agua de mar) y
electrodiálisis reversible (para agua salobre), donde podemos observar que la ósmosis
inversa es siempre comparativamente la que presenta los costes más reducidos.
Tabla 10. Comparación de costes de inversión y operación con diferentes tecnologías (en
dólares australianos). Traducida y adaptada del artículo “Desalination techniques – A
review of the opportunities for desalination in agriculture”
Parámetro SWRO BWRO MED EDR
Costes de
inversión
(AU$/m3
/día de
agua producto)
2.130 – 3.330 800 – 2.400 3.330 – 5.200 760 – 4.330
Costes de
operación
(AU$/m3
/día de
agua producto)
2,52 – 2,93 0,87 – 2,00
Con calor
residual:
0,73 – 1,27
Sin calor
residual:
2,40 – 3,73
1,33 – 3,73
Evidentemente, para la ósmosis inversa los costes del tratamiento del agua de mar son
mucho más elevados que los del agua salobre. En el caso de los costes de construcción,
debido a los materiales de construcción (las aleaciones anti-corrosión utilizadas en la
zona de alta presión, así como su presión de diseño), y en el de los costes de operación
dado que la energía necesaria para la etapa de ósmosis inversa depende de la presión
osmótica de la solución a desalar y por tanto de su salinidad.
Los procesos de evaporación, solo se utilizan para desalación de agua de mar, ya que la
energía necesaria para evaporar agua no depende de su salinidad y por tanto los costes
energéticos son iguales para cualquier tipo de agua.
En la tabla 11 (extraída asimismo del artículo) se muestra la idoneidad de las distintas
tecnologías para las diferentes salinidades del agua de aporte.

65
Tabla 11. Idoneidad de las distintas tecnologías de desalación para distintas salinidades
del agua de aporte. Traducida y adaptada del artículo “Desalination techniques – A review
of the opportunities for desalination in agriculture”
Salinidad
(TDS), mg/L
Proceso utilizado
actualmente para
desalación
Potencialmente
viable en el fututo
No idóneo para
ese nivel de
salinidad
Salobre,
inferior a
2.500-3.000
RO, NF, ED, IX, HDH,
CDI
MD, PV, FO
Procesos de
evaporación
Salobre,
superior a
3.000-15.000
RO, NF, ED, IX, HDH MD, PV, FO, CDI
Procesos de
evaporación, CDI
Salobre,
superior a
15.000
RO, NF/RO,ED, HDH,
MSF, MED, VC
MD, PV FO, IX, CDI
Agua de mar,
± 35,000
RO, NF/RO, HDH,
MSF, MED, VC
MD, PV FO, IX, CDI
Como conclusión a estos estudios comparativos, indicar que es evidente que la ósmosis
inversa es en la actualidad la tecnología de desalación más económica en inversión y
operación, con la que solo pueden competir la Electrodiálisis Reversible y la
Nanofiltración para aplicaciones específicas y de baja salinidad.
6.2. DESCARGA DE SALMUERAS EN MASAS DE AGUA
Como se ha comentado en la introducción, la descarga a distintas masas de agua es el
destino más frecuente para las salmueras de desalación, con las plantas próximas a la
costa vertiendo al mar como opción mayoritaria.
En el estudio descrito en el artículo “Desalination techniques – A review of the
opportunities for desalination in agriculture”, se concluyó que, para plantas lejanas a la
costa, la energía, la descarga de salmuera y la obra civil son los mayores costes de
producción de agua, mientras que en plantas próximas a la costa la descarga de
salmuera al mar hace que el coste operacional para este componente sea mínimo.
En la Figura 19, extraída del artículo, se puede observar los destinos de la salmuera en
las plantas de desalación de agua salobre de Australia, que son, en orden de
importancia: descarga a masas de agua dulce, descarga a redes de saneamiento,
descarga al mar e inyección profunda y aplicación al terreno.

66
Figura 19. Destino de las salmueras de desalación de agua salobre en Australia.
6.2.1. MODELIZACIÓN MATEMÁTICA DE LA DESCARGA DE SALMUERAS
Con el fin de evaluar el impacto de las salmueras en las masas de agua donde son
descargadas, se han desarrollado una serie de modelos matemáticos para la
modelización del vertido y su dilución, que son útiles para la fase de diseño y
construcción y para el posterior seguimiento ambiental.
En la actualidad existen en el mercado algunos programas comerciales para esta
aplicación, como el CORMIX, que se utilizan en los diseños y seguimiento de las
desaladoras. Sin embargo, existen algunas dudas acerca de la precisión de estas
modelizaciones ya que los modelos provienen de otras aplicaciones (como el vertido de
aguas residuales o vertidos en aguas dulces) que podrían no considerar aspectos clave
de la descarga de salmueras como su salinidad y su densidad, que afectan al
comportamiento de la mezcla y su dilución.
Con el fin de hacer una evaluación sobre la dilución de salmueras incluyendo todas estas
variables no consideradas anteriormente se realizó un proyecto de investigación (que
formo parte del proyecto “Soluciones Innovadoras para el vertido de salmueras
procedentes de desaladoras” de la convocatoria PROFIT, año 2007) que consistió en el
estudio de estos modelos matemáticos de dilución y se realizó en cooperación entre las
empresas Ecoagua y Valoriza Agua.
Para la investigación se utilizaron los datos procedentes de dos experiencias diferentes:
1) Una planta piloto construida al efecto e instalada en la desaladora de la Comunidad de
Regantes de Cuevas de Almanzora (Almería) consistente en un tanque rectangular de
51,2 m3
de capacidad instrumentado con 23 medidores de conductividad localizados a
distintas distancias y profundidades (Figura 20).
2) Datos reales obtenidos de la desaladora de agua de mar “La Chimba”, ubicada en la
costa de Chile.

67
Figura 20. Planta piloto para la modelización de vertidos de salmueras.
Las herramientas utilizadas para esta modelización fueron el análisis dimensional y la
teoría de modelos. En la Figura 21 se muestra a modo de ejemplo la pluma de descarga
modelizada obtenida en uno de los experimentos realizados en la planta piloto.
Figura 21. Modelización de la pluma de vertido en una de las experiencias en planta
piloto
Las conclusiones obtenidas en esta investigación fueron las siguientes:
• Se construyó y diseñó una planta piloto para evaluar el efecto de la dilución en
campo cercano como consecuencia de las diferencias de densidad entre la
salmuera y el agua de mar. Utilizando conductivímetros y un datalogger
(registrador de datos en continuo), los cambios de conductividad en la planta piloto
fueron registrados en tiempo real durante la descarga. Estos datos permitieron
Axis
y,
width
(m),
prototype
Axis
y,
width
(m),
pilot
plant
0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Salinity
increased
(g/L)
Axis x, length (m), pilot plant
0
1
2
3
5
7
9
11.5
1.
5 Axis x, length (m), prototype
7.
5
3.
5
5.
5
9.
5
11.
5
13.
5
2
0
-2

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