Desalinización de agua salobre vs. agua de mar: 6 diferencias clave (y cuál se adapta a su agua)

La desalinización de agua salobre consiste en eliminar las sales disueltas del agua de origen con 1,000–10,000 mg/L de sólidos disueltos totales, aproximadamente entre el 3% y el 29% de la salinidad típica del agua de mar, de 35,000 mg/L, mediante la misma tecnología básica de ósmosis inversa, pero a menor presión y con una recuperación más alta. Entender bien la diferencia es importante porque determina qué membranas, cuánta presión y qué plan de disposición del concentrado necesita realmente un proyecto; son decisiones de ingeniería que no se pueden intercambiar. El agua desalinizada que sale de una planta de tratamiento de agua salobre y la que sale de una planta de tratamiento de agua de mar pueden cumplir el mismo objetivo de calidad para agua potable, pero los equipos, la energía y el plan de disposición necesarios para lograrlo difieren considerablemente.

¿Qué hace que el agua sea «salobre» y no «agua de mar»?

El agua se considera salobre cuando sus sólidos disueltos totales se sitúan entre aproximadamente 1,000 y 10,000 mg/L: tiene suficiente sal para necesitar tratamiento antes de usarse, pero muy por debajo de los 35,000 ppm típicos del agua de mar. Este límite no es arbitrario: determina la clase de membrana, la presión nominal y el objetivo de recuperación que necesita el sistema. Por eso, clasificar correctamente el agua es la primera decisión de ingeniería, no un simple ejercicio de etiquetado.

La ósmosis inversa predomina en el tratamiento de ambas categorías porque rechaza las sales de forma confiable en el rango más amplio de salinidad entre las tecnologías de desalinización que se usan comercialmente hoy. En ocasiones se usa la electrodiálisis reversible para ciertos rangos más acotados de TDS en agua salobre, cuando el objetivo es eliminar selectivamente algunos iones en vez de rechazarlos todos; es un caso especializado que se aborda en la guía de Blue Membrane sobre tratamiento de agua salobre con ósmosis inversa, cuyo contenido no repetimos aquí. Algunos sistemas de desalinización de agua de mar en la región del Golfo aún emplean procesos térmicos, pero el tratamiento con membranas ha desplazado casi por completo los diseños térmicos en los lugares donde el agua subterránea y la salina de zonas interiores son el agua de alimentación: evaporarlas para separar las moléculas de agua de las sales disueltas requiere mucha más energía que hacer pasar el agua por una membrana.

En conjunto, el agua salobre y el agua de mar ocupan dos extremos de un continuo de salinidad, no dos campos sin relación. Un sistema de desalinización diseñado para una de ellas se basa en los mismos principios científicos de las membranas, la lógica de planificación de los recursos hídricos y el rigor en el pretratamiento que rigen la otra. Por eso, como hacemos en este artículo, resulta más útil compararlas directamente que tratar la desalinización de agua salobre y la de agua de mar como temas separados.

Fuentes de agua de acuíferos y umbral de rechazo de sales

Las agencias de agua de Estados Unidos, entre ellas el Bureau of Reclamation y la Texas Commission on Environmental Quality, suelen clasificar el agua dulce, salobre y salina en un continuo común de TDS: agua dulce por debajo de 1,000 mg/L, agua salobre entre 1,000 y 10,000 mg/L y agua cada vez más salina por encima de ese rango, con la salmuera en el extremo más concentrado. La clasificación propia de productos de Blue Membrane extiende la categoría de «agua altamente salobre» un poco más allá del umbral de 10,000 mg/L, hasta 12,000 mg/L; considera el rango de 10,000–12,000 mg/L una zona que debe verificarse antes de especificar el equipo, en lugar de un límite estricto para pasar a equipos para agua salina. El agua de mar, con aproximadamente 35,000 mg/L, se encuentra bien adentrada en el extremo salino de ese continuo —muy por debajo de las concentraciones de una salmuera verdadera—, por lo que la diferencia es de grado dentro de una escala común, no una categoría física distinta del agua salobre.

Desalinización de agua salobre vs. agua de mar: comparación directa

En cuanto a presión, recuperación y rechazo, la ósmosis inversa de agua salobre y la de agua de mar difieren en todas las especificaciones prácticas que determinan el costo y el espacio que ocupa el sistema. La recuperación presenta la mayor diferencia: los sistemas para agua salobre suelen recuperar entre el 50–90% del agua de alimentación como permeado utilizable, mientras que los sistemas para agua de mar recuperan apenas 26–35%. Esa sola cifra explica la mayor parte de las diferencias posteriores en costos y concentrado que abordamos más adelante.

Clase de membrana y requisitos de presión de operación

Las membranas de ósmosis inversa para agua salobre están especificadas para operar a presión estándar o media; las diseñadas para agua de mar se construyen y especifican para operar de forma sostenida a alta presión. Una membrana para agua salobre no puede soportar la presión que exige una aplicación con agua de mar, y usar una para agua de mar a las presiones del agua salobre desperdicia su construcción para mayores presiones. En esencia, ambas usan el mismo proceso de ósmosis frente a concentraciones de sólidos disueltos totales de magnitudes muy distintas. Un sistema de ósmosis inversa diseñado para un rango de salinidad no sustituye directamente al otro, aunque el principio de desalinización con membranas sea idéntico.

Las cifras de presión, recuperación y rechazo reflejan las configuraciones propias de ósmosis inversa para agua salobre de Blue Membrane: High-Recovery, Packaged y Well Water; para agua de mar, reflejan su propia línea de productos de ósmosis inversa. Son especificaciones de equipos concretos de Blue Membrane, no un promedio universal de la industria; las cifras de otros fabricantes varían según el diseño de la membrana y la química del agua de alimentación. En cambio, los datos de CAPEX/OPEX de esa fila provienen de estudios de costos publicados por terceros, no de los precios de Blue Membrane. La bibliografía publicada de Blue Membrane sobre ósmosis inversa para agua salobre no indica una cifra equivalente de energía en kWh/m³; por eso, el consumo de energía de esa opción se describe cualitativamente en la tabla. El funcionamiento a menor presión que se muestra en la fila correspondiente es el factor que explica el menor consumo. La sección de antecedentes de una patente publicada sobre desalinización indica una diferencia similar en la tasa de recuperación: cita recuperaciones de permeado de 70–80% para agua salobre frente a aproximadamente 35% para agua de mar (WO2009102442A1). Se trata de una sección de antecedentes de patente, no de un estudio independiente revisado por pares.

Por qué cuesta menos desalinizar el agua salobre y por qué eso no cuenta toda la historia

La ósmosis inversa de agua salobre cuesta menos que la desalinización de agua de mar, principalmente porque la menor salinidad del agua de alimentación implica una presión osmótica menor que vencer, lo que reduce tanto los costos de capital como los de energía. Los datos de costos publicados sitúan el gasto de capital de la ósmosis inversa de agua salobre entre $500–$2,947 por m³/día de capacidad instalada y los gastos de operación entre $0.39–$0.66 por m³ de agua producida. Las cifras se basan en plantas con capacidades de entre 10,000 y 70,000 m³/día (Membranes, 2021).

Eficiencia energética y costos de producción de agua

Un TDS del agua de alimentación de entre 2,000 y 6,000 mg/L no cambia de manera significativa el costo de operación dentro de ese rango: el factor que determina el costo es el proceso de tratamiento en sí, no las pequeñas variaciones de salinidad o calidad del agua dentro del rango salobre. Esa previsibilidad de costos explica por qué las tecnologías de tratamiento para instalaciones de desalinización de agua salobre han convergido en configuraciones estandarizadas, en vez de requerir diseños de ingeniería únicos para cada objetivo de producción de agua. También explica por qué las mejoras de eficiencia energética en los nuevos elementos de membrana influyen más en el costo total que las diferencias incrementales en la calidad del agua de alimentación. El TDS por sí solo es un punto de partida, no toda la información necesaria: una investigación del U.S. Geological Survey sobre agua subterránea salobre encontró que la energía mínima de separación también depende de los iones predominantes en el agua de alimentación. Para un mismo TDS, los requisitos aumentan del calcio al sodio entre los cationes, y del sulfato al bicarbonato y al cloruro entre los aniones (USGS). Por eso, la configuración se determina finalmente con un análisis completo de la calidad del agua, no solo con una medición de TDS.

Esa ventaja de costos es real, pero corresponde únicamente al tratamiento. No dice nada sobre qué ocurre con el 10–50% del agua de alimentación que no se convierte en permeado utilizable. Es precisamente ahí donde las dos tecnologías dejan de parecerse. Consulte nuestra guía completa de costos operativos de ósmosis inversa para agua salobre BWRO, desglosados por tamaño de planta.

Disposición del concentrado: el reto particular del agua salobre

La disposición del concentrado reduce parte de la ventaja de costos de la desalinización de agua salobre, porque las plantas de tratamiento tierra adentro no pueden descargarlo al océano como suelen hacerlo las plantas de tratamiento de agua de mar. Una revisión del MIT sobre desalinización de agua subterránea estima que la disposición de salmuera representa entre el 5% y el 33% del costo total del proyecto. Las plantas de tratamiento de agua salobre tierra adentro tienden a situarse hacia el extremo superior de ese rango, porque no tienen acceso a una descarga al océano (Ahdab & Lienhard). Este dato puede sorprender a quienes suponen que un agua de alimentación más barata significa automáticamente un proyecto completo más barato.

Se ha informado que la disposición en estanques de evaporación, una de las pocas opciones prácticas tierra adentro, puede costar hasta aproximadamente $2.98 por m³ en el extremo superior. El costo del terreno es el factor más importante, por lo que en sitios más económicos el costo es mucho menor. Ese gasto debe sumarse al ahorro que ya ofrece el tratamiento de agua salobre. En cambio, las plantas de tratamiento de agua de mar suelen descargar el concentrado al océano a través de un emisario y evitan por completo este costo, aunque su volumen de concentrado (65–74 gpm por cada 100 gpm de agua de alimentación) es mucho mayor que el de los sistemas típicos de alta recuperación para agua salobre (25 gpm con una recuperación de 75%, hasta 10 gpm con una recuperación de 90%; una planta de tratamiento de agua salobre que opere en el extremo inferior de su rango de recuperación de 50–90% produce más concentrado que eso).

La industria responde a este reto con tecnologías centradas en el concentrado. Una solicitud de patente estadounidense publicada describe sistemas de descarga cero de líquidos diseñados específicamente para agua salobre y residuos industriales. El proceso usa precipitación química y centrifugación para separar las sales incrustadas de la salmuera; después, una segunda pasada de ósmosis inversa recupera más agua y salmuera de lo que de otro modo se desecharía (US20090045116A1). La actividad en torno a estas solicitudes es una señal en sí misma: la gestión y el tratamiento de la salmuera se consideran un problema de ingeniería específico en la desalinización de agua salobre y en la planificación general de su gestión, no un aspecto secundario que se agrega al proceso de tratamiento al final.

¿Qué tipo de agua tiene realmente? Guía rápida para decidir

Consultar el TDS en un informe de calidad del agua es la forma más rápida de determinar qué tecnología corresponde. Busque el valor de TDS, que suele indicarse en mg/L, y compárelo con los rangos de clasificación anteriores. En la mayoría de los casos, la respuesta es inmediata. La zona límite, entre aproximadamente 10,000 y 12,000 mg/L, corresponde a la categoría propia de Blue Membrane de «agua altamente salobre»; en ese rango, la química específica del agua de alimentación importa más que el valor de TDS por sí solo.

Una investigación del U.S. Geological Survey muestra que la composición iónica, y no solo el TDS total, determina cuánta energía requerirá realmente el tratamiento de una misma agua de alimentación (USGS). Por eso, un análisis completo del agua es más útil que un solo valor de TDS para especificar el equipo. El verificador de compatibilidad del agua de alimentación de Blue Membrane aborda las mismas preguntas sobre el tipo de fuente, el TDS y los contaminantes que aparecen en la matriz siguiente. Sirve como evaluación preliminar de la configuración adecuada antes de realizar un análisis completo del agua de alimentación.

El valor de TDS indica qué familia de membranas debe considerar, pero no cuenta toda la historia por sí solo. La fuente de agua, las opciones de disposición y la recuperación objetivo determinan la configuración concreta. Para especificar el equipo, normalmente se tienen en cuenta tanto un análisis del agua como las opciones de disposición disponibles en el sitio.

Cuándo conviene más desalinizar agua salobre

La desalinización de agua salobre es adecuada en casi cualquier lugar tierra adentro donde el agua subterránea o la escorrentía agrícola sea demasiado salina para usarse directamente y no haya acceso cercano al océano. Sus tres aplicaciones principales son el suministro municipal de agua, el tratamiento de agua de pozo para ranchos y actividades industriales rurales, y el agua de proceso para industrias ligeras y medianas. En estos casos, los números suelen justificar la inversión. Una vez que los análisis y las verificaciones de diagnóstico de la sección anterior confirman un TDS dentro del rango salobre y opciones razonables para disponer del concentrado, estos son los ámbitos en los que la configuración resulta rentable.

La planta de tratamiento modular aprobada recientemente en Corpus Christi, con un costo de $175 million, muestra la escala que pueden alcanzar hoy estos proyectos de desalinización de agua salobre: tendrá una capacidad inicial de 3.91 million gallons per day para el mes once y aumentará a 21.3 MGD para el segundo año, según confirma el anuncio del propio ayuntamiento. Las plantas de tratamiento de esta escala se están volviendo habituales, en lugar de excepcionales, en las regiones interiores con escasez de agua.

Texas por sí solo muestra hasta qué punto se ha consolidado esta categoría: actualmente, decenas de municipios del estado cuentan con plantas de desalinización de agua subterránea, como parte de uno de los programas de tecnologías del agua más consolidados del país. Estas instalaciones convierten a gran escala el agua salobre de origen en agua potable. El plan estatal de agua de 2007 de la Texas Water Development Board proyectó que el programa añadiría aproximadamente 174,773 acre-feet de nuevo suministro de agua por año (casi 156 million gallons per day) para 2060 (Texas Water Development Board). Además, el gobierno federal financia infraestructura de investigación dedicada a través de la Bureau of Reclamation’s Brackish Groundwater National Desalination Research Facility. Ese programa de la Texas Water Development Board es un ejemplo concreto de cómo se aplican las políticas recomendadas para desalinizar agua subterránea salobre: cada vez se considera más una alternativa viable a construir nuevos embalses superficiales cuando el volumen local de agua subterránea salobre puede cubrir las necesidades previstas. Esto se debe, en parte, a que la tecnología de desalinización en esta etapa está bien comprendida y puede obtener permisos, a diferencia de alternativas no probadas. Para aplicaciones rurales y agrícolas con agua de pozo, consulte los sistemas de tratamiento de agua salobre de pozo con ósmosis inversa de Blue Membrane.

Cada vez más, quienes planifican los recursos hídricos consideran las instalaciones de desalinización tierra adentro como una partida habitual en los planes estatales de agua, en lugar de una medida de emergencia. Esto se debe a que una sola planta grande de desalinización de agua de mar o de agua subterránea salobre puede aportar decenas de millones de galones de agua dulce al suministro de agua potable de una región sin necesidad de construir un nuevo embalse superficial. Este cambio importa sobre todo en lugares donde la demanda de agua supera la oferta convencional: el agua sin tratar extraída de un acuífero salobre se convierte en agua potable tratada mediante el mismo proceso descrito en este artículo. Además, cada vez es más frecuente dimensionar las plantas de desalinización de agua subterránea según el consumo de agua previsto, en lugar del consumo actual. La economía del proceso funciona porque la desalinización ha madurado hasta convertirse en una tecnología predecible de tratamiento de agua que puede obtener permisos, no en una tecnología experimental.

Cómo elegir el sistema adecuado una vez que conoce su fuente de agua

Una vez que el análisis del agua confirme a qué categoría pertenece, el siguiente paso es elegir una configuración específica según los TDS del agua de alimentación y la recuperación requerida, en lugar de pedir una cotización genérica de un «sistema de ósmosis inversa». Para el agua de alimentación salobre, los elementos de membrana de ósmosis inversa para agua salobre de Blue Membrane están diseñados específicamente para el rango de 1,000–10,000 mg/L que se analiza en este artículo. Además, la línea completa de soluciones de ósmosis inversa para agua salobre incluye configuraciones de alta recuperación, sistemas empaquetados y sistemas para agua de pozo, diseñadas en torno a esos elementos.

Si, en cambio, el análisis del agua indica una salinidad propia del agua de mar, los sistemas de ósmosis inversa para agua de mar de Blue Membrane están diseñados para operar con la mayor presión y la menor recuperación que requiere ese rango, con el mismo rigor de ingeniería y dimensionados para un problema distinto.

Panorama de la industria

La desalinización de agua salobre está creciendo más rápido que la de agua de mar, y el motor de ese crecimiento es estructural, no cíclico: los menores requerimientos de energía y unos procesos de aprobación regulatoria comparativamente más sencillos hacen que sea más fácil dar luz verde a los proyectos de agua salobre en regiones del interior con escasez de agua que a las grandes plantas de tratamiento de agua de mar en la costa. Las firmas comerciales de investigación de mercado estiman que el segmento de equipos para agua salobre crecerá cerca de 10% anual hasta principios de la década de 2030, y que el segmento industrial crecerá a un ritmo ligeramente mayor. Son cifras orientativas y de baja confianza, presentadas como contexto y no como un pronóstico preciso con fuentes independientes.

Para quienes evalúan hoy cualquiera de estas alternativas, la capacidad para tratar agua salobre está entrando en operación más rápido, en gran medida porque supera los obstáculos de financiamiento y permisos que todavía enfrentan los proyectos de agua de mar, no porque la tecnología subyacente haya cambiado. En la práctica, es probable que un proyecto que, por la química del agua, califica para la alternativa de agua salobre obtenga las aprobaciones más rápido que un proyecto comparable de agua de mar.

Investigación y desarrollo en el tratamiento de agua por ósmosis inversa

La investigación y el desarrollo continuos en ambas tecnologías buscan menos revolucionar los fundamentos del tratamiento de agua por ósmosis inversa que lograr mejoras graduales: membranas más tolerantes, mayor resistencia al ensuciamiento y técnicas de desalinización de nueva generación para gestionar el concentrado. Todas contribuyen a reducir el costo total del agua. En 2023, el programa National Alliance for Water Innovation del U.S. Department of Energy respaldó esa línea de trabajo con fondos concretos: otorgó $9.2 millones ($16.9 millones con aportes complementarios) a 12 proyectos de innovación en tratamiento de agua. Varios se enfocan específicamente en la predicción del ensuciamiento en sistemas de ósmosis inversa para agua salobre, el desarrollo de membranas de intercambio iónico y la valorización de la salmuera; otros abarcan tecnologías más amplias de desalinización y reúso de aguas residuales (U.S. Department of Energy). Frente a la escasez real de agua, estas mejoras continuas, aunque moderadas, importan más que cualquier iniciativa de desalinización por sí sola: cada proyecto de desalinización por ósmosis inversa que toma agua del mar o de un acuífero que de otro modo permanecería sin uso debería resultar un poco más económico que el anterior. Por otro lado, los permisos para descargar agua en cuerpos de agua superficiales siguen siendo la variable que avanza más lentamente en esta dinámica.

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