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

Sonora, situado al noroeste de México, ocupa el segundo lugar en cultivos de riego en el país. Los problemas de disponibilidad de los recursos hídricos, principalmente para agricultura en ese estado, se deben a la alta concentración de sales en los pozos, que van desde 2 000 hasta 5000 mg/l de sólidos disueltos totales (SDT). Estos altos valores de SDT son atribuidos a efectos de intrusión salina (Dévora, Gonzalez, & Saldivar, 2009), al tener una excesiva explotación del manto acuífero (Conagua, 2011). Sin embargo, el uso de tecnologías de desalación y modelos de predicción del proceso permiten aprovechar el recurso de manera óptima tanto en agua producto como en el rechazo. Es por esto que el objetivo es definir un modelo matemático de simulación para la predicción de la operación de una planta desaladora de ósmosis inversa alimentada por agua salobre, validando que el agua producto cumpla con los límites permisibles para su uso en agricultura. Con motivo de validar el modelo, el experimento consistió en habilitar una planta desaladora por ósmosis inversa (OI), con capacidad nominal de 100 m3/d, compuesta por ocho membranas SWC4 de 8”X40”, para ser utilizada en el riego del cultivo de sorgo (Sorghum), el cual presenta un rendimiento de 100%, a una concentración máxima de 2 000 mg/l de SDT en el agua de riego (4 mS/cm), en un área de 0.25 ha, con la finalidad de evaluar rendimiento en kg/m2 (ton/ha). Se regó la mitad del terreno con agua desalinizada (promedio de 64.8 mg/l de SDT) y la otra mitad con agua salobre de pozos subterráneos (promedio de 6 610 mg/l de SDT). Con el apoyo de un equipo de medición multiparamétrico modelo YSI 556 se determinó en el agua de alimentación, rechazo y permeado, la conductividad eléctrica (ìS/cm), sólidos disueltos totales (mg/l), pH y temperatura (°C). Con los datos obtenidos de la planta piloto se diseñó un modelo de simulación en la plataforma de MATLAB R2009a, usando Simulink, que cumple con la función de predecir el comportamiento de la planta desaladora, obteniendo concentraciones de agua producto y rechazo en diferentes arreglos con iteraciones de control, que incluye recirculación de salmuera en diferentes volúmenes. De forma subsecuente, este modelo fue utilizado para simular el aprovechamiento de caudal en el agua de rechazo, con la finalidad de incrementar la sustentabilidad del proceso. Los resultados del estudio muestran que al alimentar un agua de 6 610 mg/l de SDT, las corrientes de producto y rechazo son de 64.8 y 21 300 mg/l de SDT, respectivamente. La evaluación del proceso muestra que el costo de producción de agua es de 6.05 MX$/m3, muy similar a lo reportado por la International Desalination Association, que es de 6.70 MX$/m3. Con el uso de esta agua desalinizada se logró un incremento de producción de 1 ton/ha de sorgo, comparado al riego con agua salada. Estos datos se usaron para validar y calibrar el modelo. Los resultados de la modelación de recirculación muestran que conforme sea menor el porcentaje de recirculación de salmuera se pueden realizar hasta cinco iteraciones, sin incrementar la concentración del agua de alimentación por arriba de 42 000 mg/l, que es lo máximo permitido por la membrana utilizada en la planta. Se incrementó la productividad agrícola, por lo cual las inversiones públicas y privadas en el sector rural se consideran viables en el corto plazo. Se encontró que es posible, para las condiciones de la planta de 100 m3/d, recircular total o parcialmente la corriente de salmuera. Se pueden hacer varias iteraciones con esta corriente sin afectar de modo significativo el agua producto ni llevar al máximo la capacidad de la planta. Entre mayor sea el porcentaje de salmuera recirculada, menos iteraciones podrán realizarse, pero serán reducidas en mayor medida las descargas al medio ambiente.