Gestión de descargas de salmuera: un enfoque multidisciplinario para la sustentabilidad ambiental de la industria desaladora.
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Date
2024
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
The increasing scarcity of freshwater resources, driven by climate change and overexploitation factors, has positioned seawater desalination as a cornerstone of water security strategies in arid and semi-arid regions worldwide. With its extensive coastline and highly variable precipitation patterns, Chile exemplifies this global trend. The nation has witnessed a rapid expansion of desalination capacity in recent decades, becoming the largest producer of desalinated water in the Americas. While this technological advancement has undoubtedly contributed to Chile's social and economic development, ensuring the long-term sustainability of this crucial industry requires a deeper understanding and mitigation of its potential environmental impacts.
A critical aspect often overlooked in conventional desalination assessments is the discharge of hypersaline brine back into the marine environment. This effluent, a concentrated byproduct of the desalination process, can significantly alter coastal ecosystems' salinity gradients, nutrient balances, and ecological integrity. Despite the growing body of international research highlighting the potential risks associated with brine discharge, a significant knowledge gap persists regarding its specific effects on Chilean coastal waters. This lack of localized understanding, coupled with the absence of standardized assessment methodologies and comprehensive environmental regulations tailored to the Chilean context, presents a significant barrier to the sustainable development of the desalination industry in the country.
This dissertation addresses this critical challenge by adopting a multidisciplinary approach to analyze and mitigate the ecological risks of brine discharge from Chile's desalination plants. Recognizing the unique geographic and oceanographic characteristics of the Chilean coast, this research integrates three interconnected areas of investigation:
a) Assessing the Environmental Risk of Brine Discharge on Benthic Communities: This research focuses on characterizing the ecological risks associated with brine discharge from a Chilean desalination plant, moving beyond traditional physical dilution models to incorporate biological data for a more comprehensive assessment. Through a combination of field measurements and ecotoxicological analysis, this study investigates the behavior of the brine plume and its potential effects on benthic communities. Field data, including in-situ measurements of salinity and plume extent, are compared to model predictions to assess the accuracy of current modeling approaches. Additionally, species sensitivity distributions, derived from local and global ecotoxicological data, are used to establish salinity safety thresholds specific to the bay receiving the brine discharge. By integrating these thresholds into a spatial risk assessment framework, this study identifies areas of potential ecological concern and evaluates the overall risk posed by the desalination plant's brine discharge.
b) Guiding Sustainable Territorial Planning: Recognizing that the location of desalination plants is crucial in determining the potential impact of brine discharge, this research component utilizes advanced modeling techniques to identify coastal areas most susceptible to adverse ecological effects. By integrating oceanographic data, environmental sensitivity maps, and projected desalination development scenarios, this analysis will inform spatial planning decisions, guiding the siting of future desalination plants to minimize environmental impacts and promote the long-term health of Chilean coastal ecosystems.
c) Strengthening Environmental Governance: By analyzing international best practices, identifying gaps in current regulations, and incorporating the findings from this dissertation's ecotoxicological and spatial planning components, this research will propose concrete recommendations for strengthening the environmental governance of the desalination industry in Chile. This includes promoting more comprehensive and ecologically relevant assessment criteria, incorporating adaptive management strategies, and fostering greater transparency and stakeholder engagement in decision-making.
By integrating these interconnected research areas, this dissertation aims to provide a comprehensive and scientifically grounded framework for the sustainable management of brine discharge from desalination plants in Chile—the expected outcomes of this research, including a refined understanding of brine plume
La creciente escasez hídrica, agravada por el cambio climático y la sobreexplotación, ha posicionado a la desalación de agua de mar como un pilar fundamental para la seguridad hídrica, especialmente en regiones áridas del mundo. Chile posee una extensa costa y patrones de precipitación irregulares, lo que ha catalizado en las últimas décadas una rápida expansión de la capacidad de desalación instalada, convirtiéndose en el mayor productor de agua desalada de América Latina. Una de las principales preocupaciones ambientales de esta industria, guarda relación con la descarga de salmuera. Este subproducto concentrado del proceso de desalación puede bajo ciertas condiciones alterar la salinidad e integridad ecológica de los ecosistemas costeros. A pesar de la creciente investigación internacional sobre los riesgos potenciales de la descarga de salmuera, aún existe un vacío de conocimiento sobre sus efectos específicos en los sistemas costeros de Chile. Esta falta de comprensión local, aunada a la ausencia de metodologías de evaluación estandarizadas y regulaciones ambientales integrales adaptadas al contexto nacional, representa un obstáculo para el desarrollo sostenible de la industria desaladora en Chile. Esta tesis aborda este desafío desde una perspectiva multidisciplinaria, buscando analizar y mitigar los riesgos ecológicos de la descarga de salmuera en las plantas desalinizadoras chilenas. Reconociendo las particularidades geográficas y oceanográficas de la costa chilena, la investigación integra tres áreas interconectadas: a. Evaluación del riesgo ambiental de la descarga de salmuera en comunidades bentónicas: Esta investigación se centra en caracterizar los riesgos ecológicos asociados a la descarga de salmuera de una planta desalinizadora chilena, trascendiendo los modelos tradicionales de dilución física e incorporando datos biológicos para una evaluación más integral. Mediante la combinación de mediciones de campo y análisis ecotoxicológicos, este estudio investiga el comportamiento de la pluma de salmuera y sus posibles efectos en las comunidades bentónicas. Los datos de campo, incluyendo mediciones in situ de salinidad y extensión de la pluma, se comparan con las predicciones de los modelos para evaluar su precisión. Además, se utilizan métodos estadísticos de evaluación de riesgo ecológico, para establecer umbrales de seguridad de salinidad específicos para la bahía receptora de la descarga. Al integrar estos umbrales en un marco de evaluación de riesgos espaciales, este estudio propone un lineamiento metodológico para la evaluación del riesgo ecológico y determinación de área de influencia de las plumas de salmuera. b. Orientación hacia una planificación territorial sostenible: Reconociendo que la ubicación de las plantas desalinizadoras es crucial para determinar el impacto potencial de la descarga de salmuera, este componente de la investigación utiliza técnicas de modelación territorial avanzada para identificar áreas costeras más susceptibles al desarrollo de la industria desaladora. Al integrar mapas de sensibilidad ambiental y escenarios de desarrollo de la desalinización proyectados, este análisis busca informar las decisiones de planificación espacial, guiando la ubicación de futuras plantas para minimizar los impactos ambientales y promover la salud a largo plazo de los ecosistemas costeros chilenos. c. Fortalecimiento de la gobernanza ambiental: Analizando las mejores prácticas internacionales, identificando las brechas en las regulaciones actuales e incorporando los hallazgos de los componentes ecotoxicológicos y de planificación espacial de esta tesis, esta investigación busca proponer recomendaciones concretas para fortalecer la gobernanza ambiental de la industria de desalinización en Chile. Esto incluye promover criterios de evaluación más integrales y ecológicamente relevantes, incorporar estrategias de gestión adaptativa y fomentar una mayor transparencia y participación de todos los actores involucrados y afectados. Al integrar estas áreas de investigación interconectadas, esta tesis aspira a proporcionar un marco integral y científicamente sólido para la gestión sostenible de la descarga de salmuera de las plantas desalinizadoras en Chile. Se espera que los resultados de esta investigación, permitan una comprensión más precisa del comportamiento de las plumas de salmuera y sus mecanismos de gestión, contribuyendo con prácticas más sostenibles en la industria.
La creciente escasez hídrica, agravada por el cambio climático y la sobreexplotación, ha posicionado a la desalación de agua de mar como un pilar fundamental para la seguridad hídrica, especialmente en regiones áridas del mundo. Chile posee una extensa costa y patrones de precipitación irregulares, lo que ha catalizado en las últimas décadas una rápida expansión de la capacidad de desalación instalada, convirtiéndose en el mayor productor de agua desalada de América Latina. Una de las principales preocupaciones ambientales de esta industria, guarda relación con la descarga de salmuera. Este subproducto concentrado del proceso de desalación puede bajo ciertas condiciones alterar la salinidad e integridad ecológica de los ecosistemas costeros. A pesar de la creciente investigación internacional sobre los riesgos potenciales de la descarga de salmuera, aún existe un vacío de conocimiento sobre sus efectos específicos en los sistemas costeros de Chile. Esta falta de comprensión local, aunada a la ausencia de metodologías de evaluación estandarizadas y regulaciones ambientales integrales adaptadas al contexto nacional, representa un obstáculo para el desarrollo sostenible de la industria desaladora en Chile. Esta tesis aborda este desafío desde una perspectiva multidisciplinaria, buscando analizar y mitigar los riesgos ecológicos de la descarga de salmuera en las plantas desalinizadoras chilenas. Reconociendo las particularidades geográficas y oceanográficas de la costa chilena, la investigación integra tres áreas interconectadas: a. Evaluación del riesgo ambiental de la descarga de salmuera en comunidades bentónicas: Esta investigación se centra en caracterizar los riesgos ecológicos asociados a la descarga de salmuera de una planta desalinizadora chilena, trascendiendo los modelos tradicionales de dilución física e incorporando datos biológicos para una evaluación más integral. Mediante la combinación de mediciones de campo y análisis ecotoxicológicos, este estudio investiga el comportamiento de la pluma de salmuera y sus posibles efectos en las comunidades bentónicas. Los datos de campo, incluyendo mediciones in situ de salinidad y extensión de la pluma, se comparan con las predicciones de los modelos para evaluar su precisión. Además, se utilizan métodos estadísticos de evaluación de riesgo ecológico, para establecer umbrales de seguridad de salinidad específicos para la bahía receptora de la descarga. Al integrar estos umbrales en un marco de evaluación de riesgos espaciales, este estudio propone un lineamiento metodológico para la evaluación del riesgo ecológico y determinación de área de influencia de las plumas de salmuera. b. Orientación hacia una planificación territorial sostenible: Reconociendo que la ubicación de las plantas desalinizadoras es crucial para determinar el impacto potencial de la descarga de salmuera, este componente de la investigación utiliza técnicas de modelación territorial avanzada para identificar áreas costeras más susceptibles al desarrollo de la industria desaladora. Al integrar mapas de sensibilidad ambiental y escenarios de desarrollo de la desalinización proyectados, este análisis busca informar las decisiones de planificación espacial, guiando la ubicación de futuras plantas para minimizar los impactos ambientales y promover la salud a largo plazo de los ecosistemas costeros chilenos. c. Fortalecimiento de la gobernanza ambiental: Analizando las mejores prácticas internacionales, identificando las brechas en las regulaciones actuales e incorporando los hallazgos de los componentes ecotoxicológicos y de planificación espacial de esta tesis, esta investigación busca proponer recomendaciones concretas para fortalecer la gobernanza ambiental de la industria de desalinización en Chile. Esto incluye promover criterios de evaluación más integrales y ecológicamente relevantes, incorporar estrategias de gestión adaptativa y fomentar una mayor transparencia y participación de todos los actores involucrados y afectados. Al integrar estas áreas de investigación interconectadas, esta tesis aspira a proporcionar un marco integral y científicamente sólido para la gestión sostenible de la descarga de salmuera de las plantas desalinizadoras en Chile. Se espera que los resultados de esta investigación, permitan una comprensión más precisa del comportamiento de las plumas de salmuera y sus mecanismos de gestión, contribuyendo con prácticas más sostenibles en la industria.
Description
Tesis presentada para optar al grado de Doctor en Ciencias Ambientales con mención en Sistemas Acuáticos Continentales
Keywords
Desalination and water purification, Climate change, Coastal Ecosystems