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La hipersalinidad puede causar estrés osmótico asociado a la deshidratación y a la gradual acumulación de iones en el medio intracelular, lo cual es capaz de inducir a un estrés y daño oxidativo debido a la sobreproducción de especies reactivas de oxígeno (ROS). Esto puede generar una reducción en el desempeño fotosintético e inducir la síntesis de moléculas antioxidantes como ascorbato (ASC) y glutatión (GSH), así como la expresión de genes que codifican para proteínas antioxidantes y para enzimas relativas a tolerancia salina. Naturalmente, el aumento de salinidad en el medio ambiente marino puede ser observado en los periodos de bajamar del intermareal, cuando eventos de evaporación y desecación producen hipersalinidad. Asimismo, el exceso de sales en el medio marino se genera por efectos antrópicos, como en el caso de desalinización de agua de mar para obtener agua dulce. Este proceso, realizado por plantas de desalación, genera un efluente residual de salmuera, generalmente, descartada hacia el medio submareal, lo cual podría provocar un estrés osmótico en las comunidades bentónicas marinas. El objetivo de esta Tesis fue determinar mecanismos de tolerancia a nivel fisiológico y metabólico de macroalgas para tolerar hipersalinidad, así como también evaluar su potencial uso como herramientas de biotecnología ambiental para el monitoreo de salmueras de desalación. Primero, se evaluó la exposición a hipersalinidad de dos poblaciones de la macroalga verde intermareal Ulva compressa, provenientes del intermareal de una localidad contaminada (Ventanas) y una no contaminada (Cachagua). Los resultados mostraron que aumento de la salinidad causó perturbaciones a nivel fisiológico y metabólico en ambas poblaciones. Pero la población de proveniente Ventanas mostró un metabolismo deprimido, observado por un menor rendimiento fotosintético, mayor estrés y daño oxidativo y la sobreexpresión de genes que codifican para enzimas antioxidantes. Esto confirmaría que el largo historial de exposición a diferentes contaminantes de la población intervendría en las respuestas de estrés salino, causando respuestas de tolerancia interpoblacional de las especies de macroalgas. Segundo, se analizó la exposición a la descarga de salmuera de la macroalga parda Ectocarpus a través de experimentos de trasplantes en sitios cercanos a la tubería de descarga (10 y 30 m) de una planta de desalación de agua de mar en Antofagasta, Chile. Los resultados evidenciaron la disminución de la actividad fotosintética, el aumento del estrés y daño oxidativo, la acumulación de ASC, y un decrecimiento de glutatión. También se promovió la sobreexpresión de enzimas relativas a tolerancia salina y enzimas antioxidantes. Este estudio aportó con información para entender los mecanismos de tolerancia frente al estrés salino e identificó biomarcadores celulares para monitorear la salmuera de desalación. Tercero, a través de experimentos de laboratorio con la macroalga parda Dyctiota kunthii, proveniente del Pacífico Norte de Chile, en Antofagasta y otro experimento sobre la especie Dictyota dichotoma del Mar Mediterráneo de España, de Alicante, se compararon en ambas especies, las respuestas a la exposición a valores de hipersalinidades, similares a los encontrados en una descarga de salmuera. Los resultados mostraron un incremento de la producción primaria y requerimientos de luz en ambas especies en condiciones de hipersalinidad, a pesar de una alta acumulación de H2O2 en D. kunthii y el decrecimiento de la eficiencia fotosintética de D. dichotoma. Esto sugirió que ambas especies tendrían estrategias celulares distintas, las cuales se activarían en condiciones de hipersalinidad. Probablemente, estas respuestas estarían vinculadas a la historia de adaptación local de las especies. Cuarto, se evaluó el efecto de la salmuera a través de dos experimentos de trasplante cercanos a la tubería de descarga, el primero a través de la exposición de la especie D. kunthii a la salmuera de una planta de desalación de Antofagasta y otro experimento por medio de la exposición de D. dichotoma a la salmuera de una planta de desalación de Alicante. Los resultados mostraron que la exposición a salmuera causó mayores efectos negativos en D. kunthii identificados por la disminución de la producción primaria y los requerimientos de luz y el exceso de la disipación de energía a través de calor. Mientras que en D. dichotoma se observó un decrecimiento de la máxima fluorescencia, eficiencia fotosintética en los sitios influenciados por salmuera, mientras que la disminución de producción primaria e irradiancia de saturación solo se observó en el trasplante más cercano a la descarga de salmuera. El estrés oxidativo aumentó en ambas especies en los sitios impactados por la salmuera, pero en el caso de D. kunthii fue observado solo en el primer tiempo, volviendo a valores basales a los 7 días, mientras que en D. dichotoma el mayor estrés oxidativo se obtuvo al término del experimento. Este estudio, es un enfoque práctico que podría ser considerado para evaluar potencial impacto por salmuera de desalación. Como conclusión, con esta Tesis se demostró que todas especies de macroalgas utilizadas en este trabajo tuvieron diferentes estrategias celulares de tolerancia para enfrentar la condición de hipersalinidad, y que estas respuestas estarían vinculadas con el tipo de experimentación (sales artificiales o salmuera), especie-especificidad y la historia de adaptación local de cada especie. La relevancia de esta Tesis doctoral es demostrar que la perspectiva interdisciplinar favorece el entendimiento de los mecanismos de tolerancia hacia la hipersalinidad y, para este fin, existen herramientas metodológicas transversales provenientes de la fisiología, bioquímica y molecular que pueden ser aplicadas a nivel internacional y que son viables para incorporar en el sistema de monitoreo ambiental de impacto por salmuera.

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.

Las plantas desalinizadoras necesitan de una captación de agua de mar y de una forma de gestionar el rechazo, conocido como salmuera, de una manera suficientemente eficaz y respetando las directrices respecto a la protección del medio ambiente. Teniendo en cuenta estos dos condicionantes, las plantas desalinizadoras pueden afectar al entorno en el que se encuentran debido por un lado a las grandes cantidades de agua que requieren al inicio del proceso y, por otro lado, por la evacuación de la salmuera que también puede provocar afección nuevamente en el entorno. Sabiendo de estas problemáticas, se requiere que se tomen medidas adecuadas de forma que se mitiguen dichos posibles impactos que se podrían generar. Estas medidas van asociadas a que los consumos energéticos de las instalaciones aumenten y, por ende, los costes asociados para su cumplimiento. El objeto de esta Tesis es evaluar dichos sobreconsumos energéticos y los sobrecostes económicos de dichas medidas correctoras que vienen establecidas en la regulación ambiental de las plantas desalinizadoras y compararlas con los consumos totales y los costes globales de las desalinizadoras. La experiencia adquirida desde la puesta en marcha de las diversas plantas desalinizadoras ha permitido conocer la evolución temporal del comportamiento del medio receptor con el objetivo de ir buscando una optimización de las medidas correctoras. Los resultados obtenidos se enmarcan dentro del ámbito de las desaladoras de Mancomunidad de los Canales del Taibilla (MCT), Organismo Autónomo adscrito al Ministerio Para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (MITERD) y cuya función para la que fue creado es para el abastecimiento de agua potable en red primaria que incluye la captación, potabilización (incluyendo desalación), conducción y almacenamiento en los distintos depósitos de reserva que se distribuyen en el ámbito geográfico de MCT. A este respecto hay que destacar que dicho ámbito casi alcanza los 12.000 km2 distribuidos en tres provincias (Albacete, Alicante y Murcia) de tres comunidades autónomas distintas, Castilla La Mancha, Comunidad Valenciana y la Región de Murcia. Se han evaluado las medidas implementadas definidas en las correspondientes Declaraciones de Impacto Ambiental en las desalinizadoras explotadas por Mancomunidad de los Canales del Taibilla y además se han revisado las implicaciones que tienen en el consumo energético y en el coste económico la definición de unos umbrales de salinidad que no son iguales para todas las plantas desalinizadoras de España.

El objetivo de ésta tésis fue la caracterización y optimización de una planta piloto EDR IONICS Tipo Aquamite I, con dos etapas eléctricas y seis etapas hidráulicas, buscando las condiciones de funcionamiento para una máxima eficacia del dispositivo.

El uso de agua desalada en agricultura es una actividad cada vez más extendida, debido a la disminución de los recursos convencionales y al aumento de eficiencia de los procesos de desalación. La desalación no se limita ya únicamente al agua de mar, en los últimos tiempos está aumentando la desalación de agua procedente de acuíferos salinos continentales. El objetivo principal de esta tesis es evaluar el impacto que el uso prolongado de esta agua puede tener sobre la zona no saturada del terreno y sus propiedades hidráulicas. En el marco de este trabajo se ha establecido una parcela experimental en el campus de la Universidad de Alicante donde se han cultivado especies cespitosas regadas con agua desalada procedente del acuífero salobre continental de San Vicente del Raspeig. La gestión de la parcela se ha realizado según prácticas habituales realizadas en la zona. Se ha llevado un control del contenido de agua y succión del terreno durante un periodo de 20 meses, bajo dos sistemas de monitorización alternativos: uno manual y otro automático. La experiencia ha sido completada con un ensayo de trazador mediante el empleo de BrLi controlado durante un periodo de 160 días. Asimismo, se ha realizado en laboratorio la caracterización hidráulica de muestras extraídas de la propia parcela experimental. A partir de los datos adquiridos, de manera manual y automática, se ha elaborado un modelo de flujo con el programa HYDRUS 1D para cada una de los sets de datos, el cual se ha calibrado y validado para diferentes periodos. Por otro lado, el ensayo de trazador (transporte conservativo), también simulado mediante HYDRUS 1D, además de validar el modelo de flujo, ha permitido derivar parámetros de transporte (dispersividad) a escala de campo. Finalmente, se ha creado un modelo predictivo de transporte de masa reactivo que implementa procesos geoquímicos y cambios asociados en los parámetros hidráulicos de la zona no saturada, para largos periodos de tiempo (30 años). Este último modelo se elaboró mediante la aplicación HP1, que combina los códigos HYDRUS 1D y PHREEQC. Además del modelo predictivo bajo las condiciones actuales, otros tres escenarios, según varios criterios, han sido considerados. Los dos modelos de flujo resultantes, a partir de datos adquiridos manualmente y automáticamente, han descrito adecuadamente la dinámica del flujo en la zona no saturada, concluyendo que ambas estrategias son válidas para obtener tendencias generales del flujo. No obstante, la estrategia automática es más adecuada para detectar posibles cambios en las propiedades hidráulicas debido a su mayor sensibilidad y frecuencia en la toma de datos. Para la obtención de parámetros de transporte, la combinación en el ensayo de trazador de la determinación de Br total mediante rayos X, junto con la parametrización por método inverso, ha resultado ser un método rápido y fiable. Los modelos predictivos han puesto de manifiesto un proceso de disolución continuo del yeso contenido en el suelo, así como procesos de disolución (en la zona radicular) y posterior precipitación (bajo ésta) de la calcita en el terreno. Los resultados de la simulación indican cambios en la porosidad que supondrán cambios de conductividad hidráulica en un factor mayor de 2. Finalmente, el estudio de los diferentes escenarios resalta que: la ausencia de riego reduce los cambios esperados en el terreno; la ausencia de yeso en el terreno producirá una reducción de la conductividad hidráulica bajo la zona radicular; y la disminución de la presión parcial de CO2 en la zona radicular disminuye drásticamente las disoluciones de las especies carbonatadas participantes.

Los vertidos de salmuera generados por las plantas desalinizadoras pueden generar impactos en los ecosistemas marinos cuando no se adopta un correcto proceso de evaluación de impacto ambiental, y/o las medidas preventivas y correctivas implementadas son insuficientes para minimizar dichos impactos negativos. La preocupación por estos aspectos ambientales puede suponer un obstáculo para el desarrollo de proyectos de desalación en ciertos países. El objetivo de la presente Tesis es abordar los aspectos ambientales relacionados con la gestión y regulación de los vertidos de salmuera, para minimizar adecuadamente los efectos producidos por los vertidos de salmuera en los ecosistemas marinos y avanzar hacia el desarrollo de una desalación sostenible. Los resultados obtenidos abordan un estudio de las medidas adoptadas en España (país pionero en el campo de la desalación), que han permitido un desarrollo de la industria de la desalación sin producir impactos significativos en el medio marino, o cuando se han identificado dichos impactos, como se han revertido. Se han evaluado los requerimientos implementados en los programas de vigilancia ambiental que deben garantizar el correcto monitoreo y operación de las plantas desalinizadoras a largo plazo, tomando como referencia España y Chile. Se evaluó un programa de vigilancia ambiental de una planta desalinizadora localizada en una zona de alto valor ecológico, estudiando diferentes indicadores biológicos y físico-químicos a largo plazo, con el fin de estudiar la eficacia de las medidas implementadas en un riguroso proceso de evaluación ambiental en cooperación con el sector científico. Finalmente, se llevó a cabo un análisis global del número de requerimientos implementados en las normativas ambientales, y que factores, ambientales y socio-económicos, son más limitantes en el desarrollo de proyectos de plantas desalinizadoras. La experiencia obtenida en la presente tesis debería ser considerada en el contexto internacional para reducir correctamente los efectos negativos de los vertidos de salmuera bajo un enfoque integral y científico.

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