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Capítulo 9 — Ciclo del Agua – Producción, Depuración, Potabilización y Reúso

Esta es la versión para lectura y consulta. El portal completo, con el recorrido narrado, las visualizaciones y el glosario interactivo, está en ecprym.org.

Introducción

El agua es el recurso que dimensiona todos los demás en un enclave hiperárido. En Lüderitz no hay agua dulce superficial y el acueducto de Koichab alcanza su techo en los primeros años de crecimiento, de modo que el clúster fabrica su agua desalando agua de mar y la reutiliza en cascada. La desalación se despliega por módulos que entran en operación con la demanda real: la capacidad instalada alcanza 35,0 Mm³/año con sus dos fases y la producción en régimen es de 29,20 Mm³/año.

Captación y pretratamiento

La toma submarina, a unos 14 m de profundidad en el distrito litoral, capta 64,89 Mm³/año de agua de mar (2,06 m³/s) por debajo de la capa de mezcla superficial, donde se concentran la fronda flotante de kelp y los sólidos del oleaje. El pretratamiento combina flotación por aire disuelto, filtración multimedia y cartuchos, hasta una turbidez inferior a 1 NTU y un índice de ensuciamiento (SDI) inferior a 3, condiciones que preservan las membranas de ósmosis inversa.

La relación entre captación y producción la fija la recuperación del sistema:

Q_{capt} = \frac{Q_{prod}}{R},\qquad R \approx 0{,}45

La fracción no recuperada, 35,69 Mm³/año de salmuera a 63,64 g/L, es la materia prima de la minería de salmuera.

Desalación por ósmosis inversa

La planta opera con membranas de alta eficiencia y recuperadores isobáricos de energía. El consumo específico global es de 3,00 kWh/m³: 2,16 kWh/m³ en el tren de membranas y 0,84 kWh/m³ en la toma y en la impulsión por el acueducto DN1000 hasta el interior. El mínimo termodinámico de la separación del agua de mar, del orden de 1 kWh/m³ para la recuperación de diseño, marca el límite inferior al que la tecnología se aproxima.

La potencia de bombeo, entre 2,40 y 11,99 MW, se desplaza hacia la ventana solar de 10:00 a 20:00 h: el 84,7 % de la energía se consume en esas horas, con un solo módulo de los diez operando fuera de ella a plena carga. Esa modulación convierte la desalación en la batería virtual de agua del clúster (Capítulo 10).

Gestión de la salmuera: descarga líquida cero

La salmuera no vuelve al mar. Se reparte en tres destinos: 1,58 Mm³/año a los estanques de la microalga Dunaliella salina, 26,79 Mm³/año a las camas de evaporación del interior y 7,33 Mm³/año a la cristalización fraccionada de aguas madres. De ella se obtienen halita lavada, yeso, magnesia y la salmuera saturada de la ruta Solvay (Capítulo 13). Una pequeña derivación alimenta la electrocloración in situ que produce el hipoclorito de desinfección.

Almacenamiento: el embalse nodal S04

El agua desalada se almacena en el embalse nodal de regulación estacional S04, de 3.140.521 m³, situado en el distrito interior. Su volumen lo fija la curva de masas del balance horario —el acumulado de producción menos consumo a lo largo del año—: es el que elimina por completo las 479 horas anuales de déficit que existirían con una regulación sólo diaria, porque la punta de riego del verano austral supera a la producción continua de la planta. El control sigue una consigna estacional de llenado con mínimo el 15 de enero y una banda operativa entre el 15 % y el 100 % del volumen útil.

Potabilización

El agua almacenada se potabiliza con ozonización y cloración electrolítica. Ambos oxidantes se generan in situ, sin transporte ni almacenamiento de productos químicos peligrosos. Las dosis de referencia son de 1–3 mg/L de ozono y 0,2–0,5 mg/L de cloro residual; los controles de proceso se diseñan para mantener los trihalometanos por debajo de 80 μg/L y la ausencia de coliformes.

Distribución

La red de distribución se sectoriza con telemetría para mantener las pérdidas por debajo del 7 %. El abastecimiento urbano se sirve por gravedad desde depósitos de cabecera en cota, de modo que la ciudad no depende de un bombeo permanente. Las conducciones de agua potable discurren siempre por encima de las no potables, tanto en las zanjas de distribución urbana como en la galería de servicios del túnel: una fuga sólo puede ir de la conducción limpia a la de servicio.

Depuración y reúso en cascada

Las aguas residuales urbanas se tratan con biorreactor de membrana y desinfección ultravioleta, hasta una DBO₅ inferior a 10 mg/L y sólidos en suspensión inferiores a 5 mg/L. El agua regenerada se distribuye en cascada por calidades:

  1. Primera calidad: acuaponía y procesos alimentarios.
  1. Segunda calidad: riego de cultivos industriales y restauración de suelos.
  1. Tercera calidad: refrigeración, limpieza industrial y procesos no alimentarios.

La tasa de reúso objetivo es igual o superior al 90 % de las aguas residuales generadas.

Gestión de los lodos de depuradora

La depuración concentra en los lodos buena parte de los contaminantes que la fracción líquida deja atrás: patógenos entéricos, metales pesados de la red urbana, residuos farmacéuticos y de cuidado personal, y microplásticos, que la depuración convencional no elimina y que se acumulan en la fase sólida. El cortafuegos toxicológico TEC-02 establece por ello una separación absoluta entre dos circuitos de materia orgánica:

CircuitoMateria que admiteTratamientoDestino
Biomasa vegetal del clústerResiduos de cultivo, podas, biomasa de acuaponíaCompostaje, lombricultura, verificación sanitaria básicaHumus y enmiendas para el Tecnosol
Lodos de depuradoraTodos los biosólidos urbanosDigestión anaerobia y pirólisis a 550–650 °CBiochar confinado al 100 % en geopolímero

El lodo sigue cuatro etapas obligatorias. Primero, espesado y deshidratación mecánica. Segundo, digestión anaerobia mesofílica (en torno a 35 °C, 20–25 días de retención), que estabiliza la materia orgánica y produce biogás. Tercero, pirólisis a 550–650 °C, que destruye la carga patogénica, los compuestos farmacéuticos y la matriz polimérica de los microplásticos, y reorganiza el carbono en una estructura aromática estable. Cuarto, confinamiento del biochar en matrices de geopolímero que se incorporan a la obra civil del propio clúster, con verificación de la lixiviación de cada lote mediante el ensayo EN 12457-2. Cada lote lleva trazabilidad completa: origen, fecha, tratamientos, resultado analítico y destino.

El agua de rechazo de la digestión (centrado) es rica en amonio y fosfato, y tiende a precipitar estruvita (MgNH₄PO₄·6H₂O) de forma incontrolada en tuberías y bombas. Un reactor de cristalización controlada, con dosificación de magnesio y pH de 8,0 a 9,0, la precipita en gránulos cosechables y reduce la carga de nutrientes del centrado antes de su tratamiento por membranas y oxidación avanzada.

Balance hídrico

\frac{dV_{S04}}{dt} = Q_{SWRO}(t) - Q_{urb}(t) - Q_{agr}(t) - Q_{ind}(t)

El balance se cierra a escala diaria con el control predictivo y a escala anual con la consigna estacional del embalse. En el balance horario del modelo, la producción de 29,20 Mm³/año, el agua regenerada en cascada y el aporte del acueducto existente cubren la demanda urbana, agrícola e industrial sin horas de déficit. Que las cuentas cuadren hora a hora es una verificación interna; validarlas exige contrastar el consumo y el rendimiento de la desaladora con datos de plantas SWRO en operación, y la demanda de riego con rendimientos agrícolas publicados. Ese contraste está pendiente.

Contraste con un sistema convencional

IndicadorSistema convencionalClúster
Consumo específico de desalación e impulsión3,5–5,0 kWh/m³ con electricidad de red3,00 kWh/m³ desplazado a la ventana solar
SalmueraVertido al marDescarga líquida cero
Reúso de aguas residualesInferior al 20 %Igual o superior al 90 %
Pérdidas en red20–30 %Inferiores al 7 %
LodosVertedero o aplicación agrícolaPirólisis y confinamiento mineral

Conclusión

El ciclo del agua del clúster cierra sus dos extremos: en la entrada, la salmuera se convierte en materia prima y no en vertido; en la salida, el agua residual se regenera en cascada y los lodos se inertizan. En medio, el embalse nodal regula las estaciones y la planta desaladora actúa como la mayor carga flexible del sistema eléctrico.

Fundamento teórico y normativa de respaldo