Reutilización de aguas de un proceso de fangos activados para agua de riego en cultivos y suelos
Abstract
Programa de doctorado: Ingeniería ambiental y desalinización
Full text
Departamento de Ingeniería de Procesos Tesis Doctoral Las Palmas de Gran Canaria, noviembre de 2015 José Rafael Sánchez Ramírez REUTILIZACIÓN DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS
D. ANTONIO NIZARDO BENÍTEZ VEGA, SECRETARIO DEL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE PROCESOS DE LA UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA, CERTIFICA, QueelConsejodeDoctoresdelDepartamentoensusesióndefechade23de noviembrede2015tomóelacuerdodedarelconsentimientoparasu tramitación,alatesisdoctoraltitulada“Reutilizacióndeaguasdeunproceso defangosactivadosparaaguaderiegoencultivosysuelos”,presentadapor eldoctorandoD.JoséRafaelSánchezRamírezydirigidaporelDr.D.Juan EmilioGonzálezGonzálezylaDra.Dña.JeniferVaswaniReboso. Yparaqueasíconste,yaefectosdeloprevistoenelArtº6delReglamento paralaelaboración,defensa,tribunalyevaluacióndetesisdoctoralesdela UniversidaddeLasPalmasdeGranCanaria,firmolapresenteenLasPalmas deGranCanaria,a23denoviembrededosmilquince.
Departamento/Instituto/Facultad: INGENIERIA DE PROCESOS Programa de doctorado: INGENIERIA AMBIENTAL Y DESALINIZACIÓN Título de la Tesis Reutilizacióndeaguasdeunprocesode fangosactivadosparaaguaderiegoen cultivosysuelos. Tesis Doctoral presentada por D/Dª JOSE RAFAEL SANCHEZ RAMIREZ Dirigida por el Dr. D. JUAN EMILIO GONZÁLEZ GONZÁLEZ Codirigida por la Dra. Da. JENIFER VASWANI REBOSO El Director La Codirectora El Doctorando, Las Palmas de Gran Canaria, a 16 de noviembre de 2015
UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE PROCESOS TESIS DOCTORAL Reutilización de aguas de un proceso de fangos activados para agua de riego en cultivos y suelos. JOSE RAFAEL SANCHEZ RAMIREZ Las Palmas de Gran Canaria, 2015
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 3 CAPITULO 1: ANTECEDENTES, OBJETÍVOS E HIPÓTESIS A INVESTIGAR ......... 19 1.1 Introducción. .................................................................................................................................. 19 1.2 Objeto del proyecto: ...................................................................................................................... 20 1.2.1 Académico: .................................................................................................................................... 20 1.2.2 Justificativo: ................................................................................................................................... 20 1.3. Situación y Emplazamiento: .......................................................................................................... 21 1.3.1. Situación: ...................................................................................................................................... 21 1.3.2. Emplazamiento: ............................................................................................................................ 21 1.4. Depuración del Agua Residual: ...................................................................................................... 21 1.4.1 Introducción: ................................................................................................................................. 21 1.4.2. Tipos de Tratamientos: ................................................................................................................. 23 1.4.2.1. Descripción de los tratamientos. ........................................................................................... 25 1.4.2.1.1. Desbaste. ........................................................................................................................ 25 1.4.2.1.1.1. Rejas de barras ........................................................................................................ 26 1.4.2.1.1.1.a Rejas de limpieza manual ...................................................................................... 26 1.4.2.1.1.1.b Rejas de limpieza mecánica ................................................................................... 27 1.4.2.1.1.2 Tamices ..................................................................................................................... 29 1.4.2.1.1.2.a Estáticos ................................................................................................................. 29 1.4.2.1.1.2.b Rotatorios .............................................................................................................. 29 1.4.2.1.2. Dilaceración .................................................................................................................... 29 1.4.2.1.3. Desarenadores ................................................................................................................ 30 1.4.2.1.3.1. Desarenadores rectangulares de flujo horizontal. .................................................. 30 1.4.2.1.3.2 Desarenadores cuadrados de flujo horizontal .......................................................... 31 1.4.2.1.3.3. Desarenadores aireados .......................................................................................... 31 1.4.2.1.3.4. Desarenadores de vórtice ........................................................................................ 32 1.4.2.1.4. Desengrasado ................................................................................................................. 32 1.4.2.1.4.1. Flotación por aire disuelto (DAF) ............................................................................. 33 1.4.2.1.4.2. Flotación por aireación ............................................................................................ 34 1.4.2.1.4.3. Flotación por vacío .................................................................................................. 34 1.4.2.2. Procesos biológicos. .............................................................................................................. 34 1.4.2.2.1. Procesos de ratamiento aerobio de cultivo en suspensión ............................................ 35 1.4.2.2.1.a Proceso de fangos activados ........................................................................................ 35 1.4.2.2.1.b Lagunas aireadas. ......................................................................................................... 42 1.4.2.2.2. Procesos aerobios de tratamiento de cultivo fijo ........................................................... 42 1.4.2.2.2.a Filtros percoladores. ..................................................................................................... 42 1.4.2.2.2.b. Biodiscos. ..................................................................................................................... 47 1.4.2.2.3. Procesos de tratamiento anaerobios de cultivos en suspensión. .................................. 48 1.4.2.2.3.a Proceso anaerobio de contacto. ................................................................................... 48 1.4.2.2.3.b Proceso anaerobio de manto de fango de flujo ascendente. ....................................... 48 1.4.2.2.4.a Filtro Anaerobio. ........................................................................................................... 48 1.4.2.2.4.b Proceso de lecho expandido. ........................................................................................ 48 1.4.2.2.5. Procesos de tratamiento por lagunaje (estanques de estabilización) ............................ 49 1.4.2.2.5.a Estanques aerobios. ...................................................................................................... 49 1.4.2.2.5.b Estanques facultativos. ................................................................................................. 49 1.4.2.2.5.c Estanques anaerobios ................................................................................................... 50
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 4 1.4.3. Control de nutrientes ................................................................................................................... 51 1.4.3.1. Eliminación de Nitrógeno. ..................................................................................................... 51 1.4.3.2. Nitrificación biológica ............................................................................................................ 52 1.4.3.2. a Proceso en una sola etapa .................................................................................................. 52 1.4.3.2.b Proceso en etapas separadas .............................................................................................. 54 1.4.3.3. Nitrificación/desnitrificación biológica .................................................................................. 55 1.4.3.3. a. Sistemas de nitrificación/desnitrificación conjunta (fango único) .................................... 55 1.4.3.3.b Sistemas de desnitrificación de etapas separadas (fangos separados) ............................... 56 1.4.4. Eliminación de Fósforo ............................................................................................................. 58 1.4.4.1.a Proceso A/O ......................................................................................................................... 59 1.4.4.1.b Proceso PhoStrip ................................................................................................................. 60 1.4.4.1.c Reactor discontinuo secuencial ........................................................................................... 60 1.4.4.2. Proceso A2/O ......................................................................................................................... 60 1.4.4.3. Proceso Bardenpho (cinco etapas) ........................................................................................ 61 1.4.4.5. Proceso UCT........................................................................................................................... 61 1.4.4.5. Proceso VIP ............................................................................................................................ 61 1.4.5. Coagulación – Floculación. ........................................................................................................... 61 1.4.6. Desinfección. ................................................................................................................................ 63 1.4.6.1. Química del Cloro. ................................................................................................................. 65 1.5. Combinaciones de procesos. ......................................................................................................... 67 1.4. Introducción a la reutilización del agua residual depurada. .......................................................... 70 1.1.3. REALIMENTACIÓN DE LAS CAPAS ACUÍFERAS SUBTERRÁNEAS.................................................... 71 1.7. Criterios de Calidad para la reutilización de las aguas depuradas. ................................................. 74 CAPITULO 2: AGUA DE RIEGO. EFECTOS SOBRE LOS CULTIVOS Y EL SUELO .. 85 2.1 Agua de riego y efecto sobre los cultivos y los suelos. .................................................................... 85 2.2 Problemas debidos a la Salinidad. .................................................................................................. 85 2.2.1 Tolerancia de los cultivos a la salinidad: ........................................................................................ 89 2.2.2 Prácticas de control de la salinidad: .............................................................................................. 92 2.2.2.1. Emparejamiento del suelo:.................................................................................................... 92 2.2.2.2. Programación del riego: ........................................................................................................ 93 2.2.2.3 Colocación de las semillas: .................................................................................................... 93 2.2.2.4 La Fertilización: ....................................................................................................................... 94 2.3. Problemas de Infiltración: ............................................................................................................. 97 2.4. Manejo del riego para controlar los problemas de Infiltración: ................................................... 100 2.4.1. Frecuencia en los riegos: ............................................................................................................ 101 2.4.2. Riegos presiembra: ..................................................................................................................... 101 2.4.3. Duración del proceso de riego:................................................................................................... 101 2.4.4. Cambio del sistema de riego: ..................................................................................................... 101 2.5 Problemas de Toxicidad: .............................................................................................................. 102 2.5.1. El Cloro: ...................................................................................................................................... 103 2.5.2 El Sodio: ....................................................................................................................................... 103 2.5.3 EL Boro: ........................................................................................................................................ 104
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 5 2.6. Técnicas control de Toxicidad: .................................................................................................... 105 2.6.1. Lixiviación: .................................................................................................................................. 105 2.6.2. Selección de cultivos: ................................................................................................................. 106 2.6.3. Mezclas de aguas: ....................................................................................................................... 106 2.7. Problemas que se originan por los nutrientes: ............................................................................ 107 2.7.1. El Nitrógeno: ............................................................................................................................... 107 2.7.2. El Fósforo: .................................................................................................................................. 109 2.7.3.- El Potasio ................................................................................................................................... 110 2.7.4. El Magnesio: ............................................................................................................................... 111 2.7.5. pH anormales: ............................................................................................................................ 111 2.7.6. Incrustaciones:............................................................................................................................ 112 2.8 Técnicas de riego y efecto sobre los cultivos y los suelos: ............................................................ 113 2.8.1 Introducción: ............................................................................................................................... 113 2.8.2 Riego por Surcos: ......................................................................................................................... 115 2.8.3. Riego por Goteo: ........................................................................................................................ 118 2.8.4. Riego por Inundación: .............................................................................................................. 120 2.8.5.- Riego por Aspersión. ................................................................................................................. 122 2.9. Obstrucciones en los sistemas de riego ....................................................................................... 123 2.10. Calidad de las Aguas de riego. ................................................................................................... 127 CAPITULO 3. EMPLEO DE AGUAS DEPURADAS COMO AGUA DE RIEGO ........ 135 3.1. Riegos con agua depurada: ........................................................................................................ 135 3.2. Características de las aguas depuradas: ...................................................................................... 136 3.2.1. Propiedades Físicas: ................................................................................................................... 137 3.2.2. Propiedades Químicas: ............................................................................................................... 138 3.2.3. Propiedades Biológicas: .............................................................................................................. 138 3.3 Obstrucciones en los sistemas de riego localizado: ...................................................................... 139 3.4. Almacenamiento de aguas depuradas en estanques: .................................................................. 139 3.5.- Mezclas de aguas de diferentes calidades: ................................................................................. 141 3.6. Precauciones para mantener en buen estado el sistema de riego de agua depurada: ................. 142 3.7. Reutilización del agua depurada en la EDAR de La Mancomunidad del Sureste: ......................... 143 3.7.1.Conclusiones extraídas del estudio de la caracterización del agua depurada en La Mancomunidad del Sureste: ................................................................................................................ 146 3.7.1.1. Investigaciones previas: Proyecto Derea ........................................................................... 153 3.7.1.1. Datos analíticos previos de las características del agua de la depuradora del Sureste ........... 158 3.7.2. Otras EDAR donde se reutiliza el agua depurada: .................................................................... 163
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 6 3.8. Distribución del terreno y tipos de cultivos de la zona; ............................................................... 167 3.9 Normas de control del uso de aguas depuradas, como agua de riego, en otros zonas del mundo: .......................................................................................................................................................... 174 3.10. Particularidades del cultivo de Cítricos: ..................................................................................... 177 3.10.1. Generalidades: ....................................................................................................................... 177 CAPITULO 4. PROCESO DE OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS BIOCINÉTICOS .................................................................................................................................................. 200 4.1.Determinación de las Relaciones Cinéticas: ................................................................................. 200 4.2 Introducción al proceso de fangos activados: ............................................................................... 200 4.3 Principios Básicos de la Oxidación Biológica: ................................................................................ 202 4.3.1. Metabolismo Microbiano: ........................................................................................................ 202 4.3.2. Metabolismo microbiano en el tratamiento de las Aguas Residuales: ...................................... 204 4.4 Modelos Matemáticos para el proceso de Fangos Activados: ...................................................... 205 4.4.1. Relaciones cinéticas: ................................................................................................................ 206 4.4.1.1 Introducción: .......................................................................................................................... 206 4.4.1.2. Determinación de la Velocidad Específica de Consumo de Sustrato.q.: ................................. 209 4.4.2 Balances de Materia : ................................................................................................................ 212 4.4.2.1 Parámetros Biocinéticos ......................................................................................................... 212 4.4.2.2 Balances de materia para determinar el consumo de oxígeno ............................................... 217 4.4.2.3. Balances de materia para determinar la producción neta de biomasa (AX.v): ....................... 219 4.4.3 Ecuaciones para el cálculo de las condiciones óptimas de decantación del lodo: ...................... 221 4.4.4. Determinación de los Parámetros Biocinéticos: ....................................................................... 225 4.4.4.1 Puesta en marcha de la experiencia: ...................................................................................... 228 4.4.4.3. Método de cálculo de los parámetros biocinéticos: .............................................................. 234 CAPITULO 5. PROCESO DE FANGOS ACTIVOS. VARIABLES QUE CONTROLAN EL PROCESO ............................................................................................................................... 239 5.1. Objetivo del capítulo: .................................................................................................................. 239
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 7 5.2 Introducción al proceso de fangos activos: ................................................................................... 239 5.3.Variables Fundamentales del Proceso: ......................................................................................... 242 5.4. Ecuaciones de diseño que dependen de la alimentación inicial: .................................................. 244 5.4.1. Balances de Materia para los Caudales: ................................................................................... 244 5.4.2. Balances de Materia para So: ................................................................................................... 245 5.4.3. Balances de Materia para obtener Xv.o v Xnv,o: ...................................................................... 246 5.4.4. Ecuaciones de diseño de las Relaciones Cinéticas.- Ecuación de la velocidad específica del consumo de sustrato, q: .................................................................................................................... 247 5.4.5. Ecuación de diseño de la producción neta de biomasa: ............................................................ 248 5.4.6. Ecuaciones de diseño de la utilización de oxígeno: ................................................................... 250 5.4.7.Ecuación de diseño de la relación A/M ..................................................................................... 250 5.5. Balances de Materia para obtener la Producción total de Iodos: ................................................ 251 5.5.1. Balances de Materia de los Sólidos en susp. volátiles: ............................................................. 251 5.5.2. Balances de Materia de los Sólidos en susp. No volátiles: ........................................................ 253 5.6. Expresiones para calcular los caudales de cursa v del rebosamiento del clarificador secundario. Ow y Oe respectivamente: ................................................................................................................. 254 5.7 Balance de materia para la determinación de la relación de recirculación. r: ............................... 255 5.8. Cálculo del tiempo de residencia en el reactor: ........................................................................... 256 5.9. Necesidades de nutrientes .......................................................................................................... 258 5.10. Neutralización: .......................................................................................................................... 260 5.11. Estudio del efecto de la temperatura: ....................................................................................... 260 5.11.1. Estimación de la temperatura de operación del Reactor Biológico: ........................................ 260 5.11.2. Efecto de la temperatura sobre los parámetros biocinéticos: ................................................. 264 5.12. Balances de materia para la determinación de Sólidos No Volátiles en Suspensión: ................. 265 5.13.- Determinación de la Edad del Fango ........................................................................................ 267 5.1.4.- Relación del parámetro A/M con la edad del lodo .................................................................. 270 5.15. Transferencia de oxígeno al agua residual: ................................................................................ 271
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 8 5.15.1. Introducción: .......................................................................................................................... 272 5.15.2. Ecuación de Transferencia de Oxígeno: .................................................................................. 274 5.15.3. Relación entre las Capacidades de Oxigenación en las condiciones de referencia y en las reales: .......................................................................................................................................................... 277 5.15.4.- Rendimiento en la transferencia de oxígeno de las unidades de aireación: ........................... 280 CAPÍTULO 6. PARAMETROS BIOCINÉTICOS; CÁLCULOS Y ENSAYOS. .............. 285 6.1. OBJETO DEL CAPÍTULO: ........................................................................................................... 285 6..2. ENSAYOS DE LABORATORIO CON EL R EACTOR Blo'LÓGICO .............................................. 287 6.2.1. ENSAYO 1: ................................................................................................................................ 287 6.2.1.4. Determinación del tiempo de retención hidráulico: ........................................................... 288 6.2.1.5. Determinación de la DB05: .................................................................................................. 288 6.2.1.6. Determinación del indice Volumétrico de Lodos (IVL); Después de 30 minutos: 289 6.2.1.7. Determinación de la Velocidad de Utilización de Oxígeno: ...................................... 290 6.2.2. ENSAYO 2: ............................................................................................................................... 290 6.2.2.1.Determinación de los Sólidos en suspensión volátiles: ........................................................ 290 6.2.2.2. Determinación de la Producción de Biomasa : ........................................................... 291 6.2.2.3.Determinación del caudal (Qo): ........................................................................................... 291 6.2.2.4.Determinación del tiempo de retención hidráulico: ............................................................ 291 6.2.2.5.Determinación de la DB05; ................................................................................................... 291 6.2.2.6. Determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Después de 30 minutos: ............. 292 6.2.3. ENSAYO 3: ................................................................................................................................... 293 6.2.3.1. .Determinación de los Sólidos en suspensión volátiles: ...................................................... 293 6.2.3.2. Deternúnación de la Producción de Biomasa:..................................................................... 294 6.2.3.3.Determinación del caudal (Qo): .......................................................................................... 294 6.2.3.4.Deterrninación del tiempo de retención hidráulico: ........................................................... 294 6.2.3.5.Determinación de la DB05: ................................................................................................... 294 6.2.3.6. Determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Después de 30 minutos: .......................................................................................................................................................... 296 6.2.3.7. Determinación de la Velocidad de Utilización de Oxígeno: ................................................. 296 6.2.4. ENSAYO 4: ................................................................................................................................. 296 6.4.2.1. Determinación, de los sólidos en suspensión volátiles: .............................................. 296 6.2.4.2. Determinación de la Producción de Biomasa: ..................................................................... 297 6..2.4.3.Determinación del caudal (Qo): .......................................................................................... 297 6.2.4.4.Determinación del tiempo de retención hidráulico: ........................................................... 297 6.2.4.5.Determinación de la DBOs: .................................................................................................. 298 6.2.4.6. Determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Después de 30 minutos: .......................................................................................................................................................... 299 6.2.4.7. Determinación de la Velocidad de Utilización de Oxígeno: ........................................ 299 6.2.5. ENSAYO 5: ................................................................................................................................... 299 6.2.5.1. Determinación de los Sólidos en suspensión volátiles: ............................................... 299 6.2.5.2. Determinación de la Producción de Biomasa: ............................................................... 300 6.2.5.3.Determinación del caudal (Qo): ........................................................................................ 300 6.2.5.4. Determinación del tiempo de retención hidráulico: ..................................................... 300 6.2.5.5. Determinación de la DB05 ............................................................................................... 301 6.2.5.6. Determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Después de 30 minutos: . 302
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 9 6.2.5.7 . Determinación de la Velocidad de Utilización de Oxígeno: ........................................ 302 6.2.6. ENSAYO 6: ................................................................................................................................. 302 6.2.6.1. Determinación de los Sólidos en suspensión volátiles: ............................................... 303 6.2.6.2. Determinación de la Producción de Biomasa: .............................................................. 303 6.2.6.3.Determinación del caudal (Qo) : ..................................................................................... 303 6.2.6.4 . Determinación del tiempo de retención hidráulico: ................................................. 304 6.2.6.5.Determinación de la DBOs: ............................................................................................. 304 6.2.6.6 . Determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Después de 30 minutos: .... 305 6.2.6.7. Determinación de la Velocidad de Utilización de Oxígeno: ................................................. 305 6.3 GRÁFICOS DE VELOCIDADES DE UTILIZACIÓN DE OXÍGENO ( VUO ) ......................................... 305 6.4. RESUMEN DE LOS ENSAYOS REALIZADOS: ........................................................................ 312 6.4.1. DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD DE CONSUMO DE SUSTRATO, K: . 315 6.4.2. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE UTILIZACIÓN DE OXÍGENO. a y b: ............. 316 6.4.3. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE PRODUCIÓN DE BIOMASA, Y Y KD : .............................................................................................................................................................. 317 6.4.4. GRÁFICOS DE LOS PARÁMETROS BIOCINÉTICOS: ................................................................... 319 6.4.5. DETERMINACIÓN DEL VALOR ÓPTIMO DE A/M, ( RELACIÓN ALIMENTOMICROORGANISMOS .......................................................................................................................... 320 6.5. OBJETO DE ESTE APARTADO ................................................................................................. 322 6.6. DATOS DE PARTIDA: ................................................................................................................ 322 6.6.1. Alimentación al Reactor biológico ....................................................................................... 322 6.6.2. Calidad del efluente ................................................................................................................ 322 6.6.3. Reactor Biológico ..................................................................................................................... 323 6.7. CONSUMO DE SUSTRATO (KG DE DBO CONSUMIDO AL DÍA): ............................................. 324 6.8. ESTIMACIÓN DE LA TEMPERATURA DE OPERACIÓN DEL REACTOR BIOLÓGICO . (TW), DE VERANO E INVIERNO ................................................................................................................. 324 6.9. PARÁMETROS BIOCINÉTICOS CORREGIDOS POR LAS TEMPERATURAS ............................. 325 6.10. TIEMPO DE RESIDENCIA (TR) EN EL REACTOR:, ................................................................... 326 6.11. DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DEL REACTOR: ................................................................. 328 6.12. CONSUMO DE OXÍGENO: ........................................................................................................ 329 6.13. PRODUCCIÓN NETA DE BIOMASA. ( XV): .............................................................................. 329 6.14. CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN (r ) : ................................................................. 330 6.15. BALANCE DE CAUDALES. DETERMINACIÓN DE OR, Oo. Ow, Oe. Ou: .................................... 331 6.16. TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICO ( TH ) ............................................................................. 333 6.17. BALANCES DE MATERIA PARA LOS SÓLIDOS NO VOLÁTILE S . (Xnvo = Xnva: Xnvu): ...... 333 6.18. CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN TOTAL DE LODOS. SSTW ....................................................... 335
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 10 6.19. CONCENTRACIONES DE DBO. (SOL. SÓLIDOS VOLÁTILES EN SUSPENSIÓN (XV.O), DE LA ALIMENTACIÓN COMBINADA AL REACTOR: ................................................................................. 337 6.20. CÁLCULO DE LA EDAD DEL FANGO : ..................................................................................... 337 6.21. CÁLCULO DE LA POTENCIA DE LAS TURBINAS .................................................................... 338 6.21.1. Cálculo de Cs.s conc. de oxígeno en condiciones de saturación): .................................. 338 6.21.2. Proceso reiterativo: .............................................................................................................. 341 6.22. RESUMEN DE LOS CÁLCULOS: ............................................................................................... 342 CAPITULO 7. REMODELACIÓN DE LA ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES DE LA MANCOMUNIDAD DEL SURESTE ............................................ 347 7.1.- Introducción. ............................................................................................................................. 347 7.2.- Descripción de la EDAR Sureste. ................................................................................................ 347 7.3.- Línea de fangos ......................................................................................................................... 349 7.4. Línea de agua .............................................................................................................................. 350 7.4.1.- Obra de llegada ....................................................................................................................... 351 7.4.2. – Bypass general ...................................................................................................................... 351 7.4.3.- Predesbaste ............................................................................................................................ 352 7.4.4.- Desbaste de gruesos y finos .................................................................................................... 352 7.4.5.- Desarenado y desengrase ....................................................................................................... 353 7.4.6.- Depósito de homogeneización ................................................................................................ 354 7.4.7.- Bombeo de agua bruta ............................................................................................................ 354 7.4.8.- Obra de reparto ...................................................................................................................... 354 7.4.9.- Obra de reparto a decantadores primarios de planta existente .............................................. 354 7.4.10.- Decantación primaria ............................................................................................................ 355 7.4.11.- Reactor biológico .................................................................................................................. 355 7.4.12.- Decantación secundaria ........................................................................................................ 357 7.4.13Cloración ................................................................................................................................ 357 7.5. Fangos. ........................................................................................................................................ 357 7.5.1.- Extracción y bombeo de fangos primarios............................................................................... 357
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 11 - Esquema de la línea de fangos ......................................................................................................... 358 7.5.2.- Espesador ............................................................................................................................... 359 7.5.3.- Extracción de fangos en exceso ............................................................................................... 359 7.5.4.- Flotación de fangos en exceso ................................................................................................. 360 7.5.5.- Recirculación de fangos .......................................................................................................... 360 7.5.6.- Digestión de fangos................................................................................................................. 360 7.5.7.- Digestión secundaria ............................................................................................................... 360 7.5.9.- Deshidratación de fangos ........................................................................................................ 360 7.6.- Modificaciones propuestas. ....................................................................................................... 361 7.6.1.- Partes y proceso elegido en el tratamiento terciario ............................................................... 363 8. LINEAS DE INVESTIGACIÓN FUTURAS: .................................................................. 366 9. CONCLUSIONES: ............................................................................................................. 366 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 368 PRINCIPALES PONENCIAS Y PUBLICACIONES DEL DOCTORANDO: .................. 373 ANEXO DE RESULTADOS ANALITICOS DE LA EDAR SURESTE UNA VEZ REALIZADA LA AMPLIACIÓN. ........................................................................................ 375
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 12 INDICE DE TABLAS Tabla 1. Tipos de Rejas ................................................................................. 27 Tabla 2. Tipos de tamices .............................................................................. 29 Tabla 3. Aplicaciones: Riego ........................................................................... 70 Tabla 4. Aplicaciones: agua urbana no potable ................................................. 70 Tabla 5. Criterios de tratamiento y calidad para la reutilización ......................... 72 Tabla 6. Directrices de la calidad microbiológica, en el uso del agua residual tratada en la agricultura. .......................................................................................... 73 Tabla 7. Valores Máximo admisibles (VMA) reutilización. Usos urbanos. ............. 77 Tabla 8. Valores Máximo admisibles (VMA) reutilización. Usos agrícolas. ............ 78 Tabla 9. Valores Máximo admisibles (VMA) reutilización. Usos industriales. ........ 79 Tabla 10. Máximo admisibles (VMA) reutilización. Usos recreativos. ................... 79 Tabla 11. Muestreo y análisis en reutilización de aguas ..................................... 80 Tabla 12. Evaluación de la calidad de las aguas regeneradas. ............................. 81 Tabla 13. Métodos o técnicas analíticas para las aguas regeneradas. ................... 82 Tabla 14. Tolerancia de algunos cultivos a la Salinidad en relación con el rendimiento potencial .................................................................................... 89 Tabla 15. Concentración de Ca° para la determinación del SAR aj ....................... 99 Tabla 16. Tolerancia al cloro ........................................................................ 103 Tabla 17. Tolerancia al sodio ........................................................................ 104 Tabla 18. Tolerancia al boro ......................................................................... 105 Tabla 19. Elementos obstructores: físicos, químicos y biológicos ....................... 124 Tabla 20. Determinacion del pHc .................................................................. 126 Tabla 21. Influencia de la calidad del agua de riego para crear problemas de obstrucción en los sistemas de riego. ............................................................ 127 Tabla 22. Resumen de evaluación para un agua de riego ................................. 129 Tabla 23. Concentraciones máximas para oligoelementos ................................ 130 Tabla 24. Valores de evaluación normales en aguas de riego blancas ................ 131 Tabla 25. Criterios de calidad para reutilización de aguas depuradas ................. 140 Tabla 26. Probabilidad de superar los límetes ................................................. 147 Tabla 27. Datos analíticos promedios afluente de la EDAR Sureste .................... 158 Tabla 28. Datos analíticos promedios reactores biológicos EDAR Sureste .......... 159 Tabla 29. Datos analíticos promedios secundarios EDAR Sureste ...................... 160 Tabla 30. Datos analíticos promedios Serpentín de cloración EDAR Sureste ........ 161 Tabla 31. Datos analíticos promedios Emisario Edar Sureste ............................ 162 Tabla 32. Resumen de los análisis de agua depurada varias EDAR de Gran Canaria ................................................................................................................ 163 Tabla 33. Consumo de agua en la comarca del Sureste para usos agrícola ......... 170 Tabla 34. Normas sobre reutilización de agua depurada en el mu otras zonas .... 174 Tabla 35. Tipos de tratamiento para reutilización en riegos .............................. 175 Tabla 36. Frecuencia de muestreo ................................................................ 230 Tabla 37. Expresiones de interés para el cálculo de los parámetros biocinéticos .. 234 Tabla 38. Parámetros que se estudian en cada corriente .................................. 242 Tabla 39. Concentración de oxígeno disuelto .................................................. 272 Tabla 40. Presión de vapor de agua a diferentes temperaturas ......................... 273 Tabla 41.Valores medios de sólidos en suspensión. Ensayo 1. .......................... 287 Tabla 42. Velocidad utilización oxígeno. Ensayo 1. .......................................... 290
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 19 CAPITULO 1: ANTECEDENTES, OBJETÍVOS E HIPÓTESIS A INVESTIGAR 1.1 Introducción. A principios del siglo XX, las aguas residuales de la mayoría de las comunidades se vertían directamente al mar, ríos y corrientes mediante alcantarillado unitario. La acumulación de fangos y el desarrollo de olores y condiciones desagradables, surgieron como consecuencia de esta práctica. Para solventar estos problemas se introdujo la evacuación separada de las aguas residuales y de las aguas pluviales, y el tratamiento de las aguas residuales. En muchos lugares en los que el abastecimiento de agua no es capaz de satisfacer adecuadamente la demanda y hay que buscar recursos alternativos (Godet y Brissaudd 1991). Es obvio que debe cambiar la visión que se tienen del agua ya utilizada, como un residuo a eliminar y adoptar el concepto de que es un recurso que se puede reutilizar para diversos fines, como puede ser el riego o agua para refrigeración industrial. Los métodos de tratamiento de las aguas residuales empezaron a desarrollarse ante la necesidad de velar por la salud pública y evitar las condiciones adversas provocadas por la descarga del agua residual al medio ambiente. La necesidad de depurar y reutilizar las aguas residuales (Griñan, 1997) adquiere, cada vez más, un carácter indispensable, máxime cuando el aumento poblacional y el desarrollo de distintas actividades, produce un aumento de los residuos. Esto conduce a la necesidad de controlar los vertidos que por su alto poder contaminante degradan el medio receptor. La importancia de una correcta depuración de las aguas residuales se pone de manifiesto en la normativa que se recopila a lo largo esta Tesis, en las cuales la depuración se recoge como una obligación social y ecológica.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 20 1.2 Objeto del proyecto: 1.2.1 Académico: De acuerdo con la legislación y el plan de estudios vigentes, es condición necesaria para la obtención del título de Doctor, haber superado previamente los cursos del Programa de Doctorado así como la Suficiencia Investigadora, la cual se expone ante una Comisión de Doctorado. Una vez superados estos aspectos, se procede a la presentación de la Tesis. 1.2.2 Justificativo: El objeto de la presente Tesis es efectuar una valoración del estado actual de la Estación Depuradora de la Mancomunidad del Sureste, para estudiar qué posibilidades existen para la reutilización del agua tratada, como agua de riego, así como las remodelaciones que la misma necesitase para ser ajustada a las perspectivas de desarrollo que los municipios comienzan a acusar. El cálculo y diseño de las variaciones que se han de efectuar, se ejecutaran de acuerdo con la normativa y ordenanzas vigentes, para lo cual se adjuntarán los documentos que sean necesarios para la aprobación, por parte de los organismos a quienes competa dicha aprobación. Especial mención hacemos al Real Decreto 1620/2007 de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. Éste fue aprobado durante el proceso de elaboración de la presente Tesis, por la misma se ha adaptado a lo prescrito en el mismo.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 21 1.3. Situación y Emplazamiento: 1.3.1. Situación: La EDAR Sureste se encuentra en el sureste de la Isla de Gran Canaria, en el municipio de Agüimes y trata las aguas residuales de los municipios de Agüimes, Ingenio y Santa Lucía, además de algunos barrios de la zona costera limítrofes con el Barranco de Tirajana correspondientes al Término municipal de San Bartolomé de Tirajana. Dichos barrios son, Aldea Blanca, El Rodeo, Juan Grande, Castillo del Romeral y El Matorral. 1.3.2. Emplazamiento: La EDAR Sureste se emplaza en la Zona Industrial de Arinaga, calle Cactus, número 70, en el término municipal de Agüimes. La misma linda al Norte con la citada vía y la Zona Franca, al este con el Puerto de Arinaga, al Sur con el Barranco del Polvo y término municipal de Santa Lucía y al oeste con terrenos del Iltre. Ayuntamiento de la Villa de Agüimes. 1.4. Depuración del Agua Residual: 1.4.1 Introducción: El agua ha sido empleada por el hombre con fines diversos. Actualmente no sólo se usa como un bien de consumo directo, sino que es necesaria para el desarrollo de las actividades de la población, al mismo tiempo que sirve como medio de evacuación de los desechos que ésta genera.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 22 Hoy en día, a finales de este siglo, dar alternativas que permitan restablecer el equilibrio medioambiental es una obligación surgida de la necesidad de conservar aquellos bienes que la naturaleza ofrece, pero no con la misma velocidad con la que los consumimos. Probablemente no exista un municipio, en la Isla de Gran Canaria, que no sepa qué es sufrir restricciones de agua potable; ni habrán quienes no hayan dejado secar, lo que en otro tiempo fueron terrenos destinados a fines agrícolas, debido a que las lluvias fueron insuficientes para mantener los niveles de agua subterráneas. Con el fin de paliar estas carencias, han sido instaladas varias plantas Potabilizadoras de agua de mar, que garantizan, en gran medida, el suministro de agua potable. Esto supone destinar grandes sumas de dinero, no sólo a la construcción de éstas, sino a su mantenimiento y desarrollo. Las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales, tratan las aguas usadas (aguas residuales), con procesos adecuados, consiguiéndose una clarificación del efluente que es, potencialmente, una fuente de agua reutilizable. Los usos que pueden dársele son diversos y dependen del tipo de tratamiento que realice la Depuradora, el cual dependerá a su vez, de las características del agua residual bruta que llegue a la estación de tratamiento. A efectos de aclarar, a lo largo de esta Tesis, los diferentes conceptos, hemos de tener en cuenta las definiciones descritas en el artículo 2, del Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. Las mismas son: a) Reutilización de las aguas: aplicación, antes de su devolución al dominio público hidráulico y al marítimo terrestre para un nuevo uso privativo de las aguas que, habiendo sido utilizadas por quien las derivó, se han sometido al proceso o procesos de depuración establecidos en la correspondiente autorización de vertido y a los necesarios para alcanzar la calidad requerida en función de los usos a que se van a destinar.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 23 b) Aguas depuradas: aguas residuales que han sido sometidas a un proceso de tratamiento que permita adecuar su calidad a la normativa de vertidos aplicable. c) Aguas regeneradas: aguas residuales depuradas que, en su caso, han sido sometidas a un proceso de tratamiento adicional o complementario que permite adecuar su calidad al uso al que se destinan. d) Estación regeneradora de aguas: conjunto de instalaciones donde las aguas residuales depuradas se someten a procesos de tratamiento adicional que puedan ser necesarios para adecuar su calidad al uso previsto. 1.4.2. Tipos de Tratamientos: Los métodos individuales de tratamiento suelen clasificarse en: - Operaciones físicas unitarias: En las que predominan la acción de las fuerzas físicas. - Procesos químicos unitarios: La eliminación o conversión de los contaminantes se consigue con la adición de productos químicos o gracias al desarrollo de ciertas reacciones químicas. - Procesos biológicos unitarios: La eliminación de los contaminantes se lleva a cabo gracias a la actividad biológica. Históricamente se asocia el término “pretratamiento o primario” a las operaciones físicas unitarias; “secundario” a los procesos químicos o biológicos y “terciario” a las combinaciones de los tres. No obstante, estos términos son arbitrarios y en muchos casos carecen de valor alguno (Ronzano y Dapena, 1995). Una vez establecidos los objetivos de tratamiento para un proyecto específico, y revisadas las normativas a las que se debe ajustar, el grado de tratamiento necesario puede determinarse comparando las características del agua residual cruda con las exigencias del efluente correspondiente. Tanto el conocimiento teórico, como la experiencia práctica, son necesarios en la elección de las combinaciones de las operaciones y los procesos unitarios conducentes a alcanzar los objetivos del tratamiento.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 24 Como se dijo anteriormente, los tratamientos que pueden aplicarse al agua residual para depurarla son múltiples, aunque pueden agruparse, a grandes rasgos, en los siguientes: - Pretratamiento: Elimina los sólidos de mayor tamaño. Cribado de sólidos gruesos y finos Desarenado Dilaceración - Tratamiento Primario: Reduce la concentración de partículas es suspensión y adecúa para el tratamiento secundario. Sedimentación Floculación Flotación Homogenización Neutralización - Tratamiento Secundario: Reduce la concentración de materia orgánica y los sólidos en suspensión en un alto porcentaje. - Respecto a la eliminación de materia orgánica: Balsas de Estabilización Lagunas de Aireación Filtros Percoladores Lodos Activos Digestión Aerobia Digestión Anaerobia Biodiscos Microfiltración - Respecto a la eliminación de sólidos en suspensión: Decantación Floculación
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 25 - Tratamiento Terciario : Permite aumentar la calidad del afluente. Floculación Filtración Adsorción Intercambio Iónico Destilación Ósmosis Inversa Electrodiálisis Eliminación de nutrientes Congelación - Tratamientos diversos: Precipitación Oxidación Reducción Stripping - Desinfección: Cloración Ozonización Destrucción Química Irradiación 1.4.2.1. Descripción de los tratamientos. Describiremos en los apartados siguientes, brevemente, cada uno de los tratamientos. 1.4.2.1.1. Desbaste. Es la primera operación que tiene lugar en las plantas de tratamiento y tiene como objeto retener y separar los cuerpos voluminosos flotantes y en suspensión, que arrastra consigo el agua residual.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 26 Con ello se consigue: - Eludir posteriores depósitos. - Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general. - Interceptar las materias que por sus excesivas dimensiones podrían dificultar el funcionamiento de las unidades posteriores. - Aumentar la eficiencia de los tratamientos posteriores. El procedimiento más habitual para realizar esta operación se basa en hacer pasar el agua residual bruta a través de rejas de barras o de tamices. 1.4.2.1.1.1. Rejas de barras Puede decirse que, salvo excepciones, la instalación de rejillas es indispensable en cualquier depuradora, con objeto de retirar al máximo los residuos de gran volumen (separados en rejas con separaciones de 15 mm o superiores) consistentes sobretodo en desechos tales como piedras, ramas, trozos de chatarra, papel, plásticos, trapos y parte de materia orgánica. El destino de los residuos retenidos en las rejillas puede ser: - Incorporación al sistema público de recogida de basuras. - Enterramiento. - Incineración. - Trituración y posterior reintegración al agua. Siendo el primer método de eliminación el más comúnmente empleado. Las rejillas pueden clasificarse, con arreglo a distintos criterios, en: - Horizontales, Verticales, Inclinadas y Curvas. - Finas, Medias y Gruesas. - Fijas o Móviles. - De Limpieza automática o manual. Realizaremos una breve descripción de las rejas según esta última clasificación: 1.4.2.1.1.1.a Rejas de limpieza manual Se suelen emplear en pequeñas estaciones de bombeo de agua residual antes de las bombas y en instalaciones de pretratamiento de plantas de pequeño tamaño.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 27 Su longitud no debe exceder de 3m para favorecer una correcta limpieza y las barras que la forman no suelen exceder de los 10mm de anchura por 50mm de profundidad. En la parte superior de la reja debe colocarse una placa perforada para que los objetos extraídos se puedan almacenar para su posterior drenaje. El canal donde se ubica la reja se debe proyectar de modo que se evite la acumulación en el mismo de arenas y demás materiales pesados, debiendo ser recto y perpendicular a la reja, con objeto de conseguir una distribución uniforme de sólidos. Es esencial que la velocidad del flujo se limite a aproximadamente 0,45 m/s a caudal medio con objeto de que halla suficiente superficie de reja para la acumulación de residuos en los períodos entre operaciones de limpieza. 1.4.2.1.1.1.b Rejas de limpieza mecánica Se dividen en 4 tipos: - De cadenas (son las más frecuentes). - De movimiento oscilatorio. - Catenarias. - Accionadas mediante cables. Las rejas de cadenas se pueden dividir en diferentes categorías según que la limpieza se lleve a cabo por la cara anterior o posterior y en función de la cara por la cual el peine rascador se desplaza. Tabla 1. Tipos de Rejas Tipos de rejas Ventajas Desventajas Cadenas Limpieza y retorno frontal. Más modernas y eficientes en retención de sólidos. Baja robustez. Alta susceptibilidad de que el peine se encalle por acumulación de sólidos en barra de rejas. Limpieza frontal y retorno parte posterior Se minimiza el po tencial de bloqueo del peine. Necesidad de placa articulada en la parte inferior que se puede bloquear.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 28 Limpieza y retorno en parte posterior Las barras protegen el rastrillo de posibles daños causados por las basuras. Poco robusta. Problemas de arrastre de sólidos aguas abajo. Oscilatorias Los componentes que necesitan mantenimiento al estar por encima del nivel de agua evitan tener que vaciar el canal para repararlos. Se minimiza el arrastre de sólidos Limitada capacidad para aguas con alta cantidad d e residuos al disponer de un solo rastrillo de limpieza. Catenarias El mecanismo de transmisión no tiene ruedas dentadas sumergidas Se necesita un gran espacio para su instalación. Cables El rastrillo es el único elemento mecánico sumergido. Limitada capacidad de rastrillados. Problemas de mantenimiento por: destensado de cables, enrollamiento en tambores, fallos en mecanismos de frenado. Por razones de mantenimiento y explotación, es recomendable evitar la colocación de rejas de limpieza manual y disponer de un mínimo de dos unidades de rejas para poder dejar una de ellas fuera de servicio en las labores de mantenimiento. En algunos casos, la reja manual, se instala de forma que pueda tratar los caudales de rebose que se producirían sí la reja mecánica queda inutilizada.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 35 1.4.2.2.1. Procesos de ratamiento aerobio de cultivo en suspensión 1.4.2.2.1.a Proceso de fangos activados Es el más ampliamente empleado. El residuo orgánico se introduce en su reactor, donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión, que convierte la materia orgánica en otros productos y nuevas células bacterianas según las siguientes reacciones: CONHS + O2 + nutrientes CO2 + NH3 + C5H7 NO2 + productos finales C5H7 NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Energía El ambiente aerobio se consigue mediante el uso de difusores o aireadores mecánicos. Al cabo de un periodo de tiempo, la mezcla se conduce hasta un tanque de sedimentación, del cual se recircula una parte hacia el reactor para mantener la concentración de células deseadas y otra se purga. Del mismo modo que es importante que las bacterias descompongan el residuo orgánico tan pronto como sea posible, también lo es que formen un flóculo adecuado en cuanto a condiciones de sedimentación. En el diseño del proceso de fangos activados, es necesario tener en cuenta: a) Tipo reactor (mezcla completa o flujo pistón) Los elementos que hay que tener en cuenta en la toma de esta decisión son: a.1) Cinética de la reacción: Ambos reactores suelen poseer en la práctica parecido tiempo de detención hidráulica. a.2) Necesidad de transferencia de Oxígeno: Se ha desarrollado tres formas de aireación: (Materia orgánica) bacterias (Nuevas células) bacterias
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 36 - Aireación graduada: Se adecua el oxígeno suministrado a la demanda de oxígeno - Aireación con alimentación escalonada: Agua residual entrante y sólidos de retorno se distribuyen a lo largo del reactor. - Mezcla completa: Aire suministrado se ajusta o excede de la demanda de oxígeno. a.3) Naturaleza del agua residual: Un reactor Mezcla Completa puede soportar mejor los vertidos puntuales con un alto contenido en materia orgánica y compuestos tóxicos que uno de Flujo Pistón. a.4) Condiciones ambientales: Influyen sobre todo la Temperatura al modificar la velocidad de las reacciones, el Ph ya que si es bajo se puede inhibir el crecimiento de ciertos organismos y favorecer el de otros (filamentosos) que perturbarían el proceso; y la alcalinidad ya que si es baja también lo será la capacidad de tamponamiento. a.5) Costes de Construcción, Mantenimiento y Explotación. b) Criterios de carga: Dos de los parámetros de uso más común para el control del proceso son: - La relación alimento – microorganismo (F/M) - Tiempo medio de retención celular (OC) Los valores típicos de relación F/M que se encuentran en la literatura varían entre 0,05 y 1 (Ronzano y Dapena, 1995). La utilización de OC comprendidos entre 3 y 15 días, conducen a efluentes estables de mayor calidad y de un fango con buenas características de sedimentabilidad. c) Producción de fango: Su conocimiento es importante ya que afecta al diseño de las instalaciones y evacuación del fango en exceso.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 37 d) Necesidad y transferencia de O2: La necesidad teórica de O2 se puede determinar a partir de la DBO del agua residual y la cantidad de organismos purgados diariamente, en los casos en que se considere la nitrificación en la demanda total de O2 hay que contar también con el Oxígeno que se consume en la conversión del Nitrógeno, desde amoniaco hasta nitrato. El suministro de aire debe ser adecuado para: - Satisfacer la DBO del agua residual - Satisfacer la respiración endógena de los microorganismos. - Proporcionar un mezclado adecuado. - Mantener una concentración mínima de O2 disuelto en el tanque de aireación entre 1 y 2 mg/l. Cuanto más bajo es la relación F/M, la respiración endógena, la nitrificación y los prolongados periodos de aireación, mayor las necesidades de aire a inyectar (Avendaño et al., 2012, Gerardi 2002). Para hacer frente a las cargas orgánicas puntas, se recomienda diseñar los equipos de aireación con un factor de seguridad que cubra como mínimo las condiciones de una carga diaria de DBO igual al doble de la carga media. Los equipos de aireación también deben dimensionarse de forma que se asegure una concentración de oxígeno disuelto de 2 mg/l en carga media y 0,5 mg/l en punta. e) Necesidades de Nutrientes: Los principales nutrientes para los microorganismos son el Nitrógeno y el Fósforo en cantidades que varían con la edad del tejido celular y con las condiciones ambientales. No obstante, se supone como valores típicos, que se necesita un 12,4% de N2 y 1/5 parte de este valor en Fósforo. Otros nutrientes necesarios serían: - En cantidades sustanciales: Na, K, Ca, PO3-4, Cl-, SO2-4,-HCO3. - A nivel de trazas: Fe, Cd, Mn, B, Mo, V, Co, I, Se.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 38 f) Características del efluente: La materia orgánica del efluente de un proceso de tratamiento biológico está compuesto por: - Materia orgánica soluble biodegradable. - Materia orgánica en suspensión. - Materia orgánica no biodegradable. Problemas de explotación en procesos de fangos activados: 1. Modificaciones en la sedimentabilidad de los fangos: Los problemas de sedimentación de fangos se pueden producir a causa de diversos factores, entre los que destacamos: 1.aFormas de crecimiento de los microorganismos: El crecimiento de éstos pueden realizarse de tres formas diferentes: dispersa, filamentosa o floculenta. Aunque las tres formas cohabitan en el licor mezcla, para conseguir una buena calidad del agua, hay que disminuir las formas dispersas y filamentosas y favorecer las floculadas. Los microorganismos filamentosos y floculantes se diferencian en: - Su metabolismo: Los floculantes pueden crear reservas para su crecimiento y los filamentosos no. - Superficie relativa: Los filamentosos tienen una relación superficie/Volumen más alta que los floculantes, facilitándoles la adsorción de sustrato y Oxígeno pero haciéndoles más sensibles a oxidantes y alcalinizantes. 1.bBulking: Estudios estadísticos demuestran que el 40% de las plantas de depuración padecen bulking durante intervalos de tiempo o de forma continuada, siendo la fuga de materia en suspensión la principal causante de la degradación de la calidad del agua y el aumento del índice de fangos. El bulking se debe a la insuficiente velocidad de sedimentación de los flóculos,
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 39 siendo los factores que afectan al crecimiento relativo de los microorganismos filamentosos y floculantes: 1.b.1 Carga másica o edad del fango: No es posible calcular una planta con una carga másica que permita obtener índices de fangos favorables, sobre todo, teniendo en cuenta que las condiciones de carga reales suelen ser distintas de las previstas. 1b.2 Concentración de sustrato: Dependiendo del tipo de reactor tendremos que si éste es Mezcla Perfecta al estar el sustrato en la misma concentración que la del agua tratada es decir, muy baja, se favorece el crecimiento de los organismos filamentosos. Sin embargo en flujo Pistón, una buena parte del recorrido presenta un crecimiento en floculantes superior al de filamentosas, para después bajar hasta igualarse e incluso hacerse inferior. 1.b.3 Concentración de Oxígeno: Debido a que la superficie en organismos filamentosos es mayor que en floculantes, éstos aprovechan mejor el Oxígeno disuelto al penetrar fácilmente hacia el interior de las bacterias. Para una cierta carga másica, corresponden unas necesidades de Oxígeno determinadas, y a éstas una Concentración de Oxígeno límite en el licor que permita su utilización por las bacterias. 1.b.4 Equilibrio Nutricional: Un desequilibrio en nutrientes favorece el crecimiento de los organismos filamentosos. Dependiendo de la edad del fango, se considera un agua desequilibrada cuando: La relación N/DBO < 0,035 a 0,05. La relación P/DBO < 0,007 a 0,01. Generalmente, un agua residual urbana posee concentraciones de Nitrógeno y Fósforo superiores a los mínimos necesarios. También una deficiencia de Hierro (Fe>2mg/l) puede producir bulking.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 40 1.b.5 pH Los pH ligeramente bajos, 6-6,5 pueden favorecer el crecimiento de microorganismos filamentosos y producirse fenómenos de bulking. 1.b.6 Oxidantes Debido a la gran superficie específica de los microorganismos filamentosos suelen tener una sensibilidad alta a los oxidantes como el Cloro y agua oxigenada, con buenos resultados para luchar contra el bulking. No obstante, su aplicación debe hacerse con precaución, usando dosis suficientes como para eliminar los organismos nocivos, pero sin producir daños a los organismos útiles. 1.b.7 Inhibidores El Hierro tiene efecto inhibidor sobre varias formas de organismos filamentosos, mientras que el ácido sulfhídrico sobre organismos floculantes. 2. Espumas Nocardias Son espumas persistentes, viscosas y de color marrón que llegan a cubrir las cubas de aireación pudiendo alcanzar espesores de hasta 1 m y produciendo los siguientes inconvenientes: - Al estar formadas por materia orgánica, fermentan y producen malos olores. - El derrame de estas en las proximidades del sistema, suponen un peligro para el personal, al ser resbaladizas. - Pueden pasar a la Decantación Secundaria, donde sobrenadan, perjudicando la calidad del agua. Algunos de los factores que influyen en el crecimiento de estos microorganismos de tipo actinomiceto del género Nocardia son: 2.a Edad del fango. Hay que disminuir la edad del fango (hasta 3 días) durante un tiempo de 3 semanas como mínimo, debiendo ir acompañado de una purga de las espumas.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 41 2.b Grasas y aceites. Un aumento de la concentración de éstas, favorecen la producción de Nocardias. 2.c Selector Empleando un reactor anóxico, se consigue su disminución, ya que las Nocardias son aerobias estrictas. 2.d Digestión anaerobia. Las plantas con digestión anaerobia que envían los sobrenadantes del proceso a cabeza de la instalación, no suelen tener problemas de Nocardia o mediante la adición de fangos digeridos al Reactor. 2.e Aireación. Mediante la reducción al mínimo posible de la aireación se puede conseguir una menor producción de espumas. 2.f Separación física. La evacuación superficial de las espumas y envío a cabeza, con una fuerte dilución, puede ser una solución si la planta dispone de un buen desengrasador. Hemos de tener en consideración que un examen visual del fango nos puede ayudar a detectar problemas en el sistema, como son: - Fangos negros: A veces vienen acompañadas de mal olor, siendo una señal del desarrollo de fermentaciones anaerobias cuyo origen pudo ser: Oxigenación insuficiente, deposición en el fondo debido a agitación insuficiente o presencia de fangos pesados de origen industrial. - Fangos desfloculados: Son flóculos rotos en forma de partículas pequeñas que sedimentan mal y que dejan un sobrenadante turbio originados por: vertidos de residuos tóxicos o ácidos, condiciones anaeróbicas, aumento de la másica, desequilibrio nutricional, aireación inadecuada. - Flóculos diseminados: Esta inspección se realiza en los decantadores secundarios, cerca de los vertederos. Son partículas sobrenadantes, casi transparentes, muy ligeras que
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 42 suben en los decantadores secundarios debido a que son partes ligeras de fangos nuevos. En este caso debe aumentar la edad del fango y disminuir la purga de fangos en exceso. - Flóculos de cabeza de alfiler: Son flóculos compactos y muy pequeños de diámetro inferior a 1 mm., se pueden observar en decantadores secundarios con sobrenadante turbio. Su presencia se puede deber a: Edad del fango alta, fangos sobreoxidados, fangos rotos por exceso de aireación. 1.4.2.2.1.b Lagunas aireadas. Es análogo al de fangos activados de aireación prolongada, excepto en que se usa como reactor un depósito excavado en el terreno. En la actualidad, se utilizan complementadas con instalaciones de sedimentación e incorporando recirculación de sólidos biológicos. El Oxígeno se suministra mediante difusores o aireadores superficiales quedando los sólidos en suspensión. 1.4.2.2.2. Procesos aerobios de tratamiento de cultivo fijo 1.4.2.2.2.a Filtros percoladores. El agua residual generalmente decantada para evitar un rápido atascamiento, se derrama sobre un lecho de material: piedra, puzolana o plástico presente en el interior de un depósito generalmente cilíndrico que posee un falso fondo que soporta el material, permitiendo que salga el agua residual y que entre el aire. A lo largo de la percolación del agua residual a través del lecho, se elimina gran parte de la materia orgánica gracias a la biopelícula que se forma sobre el material, la cual está formada por un apilamiento irregular de células que suelen agrietarse y permitir así realizar los intercambios de oxígenos y sustrato. Los filtros incluyen un sistema de drenaje inferior para recoger el líquido tratado y los sólidos biológicos separados, que son separados en un tanque de sedimentación. En la práctica, se recicla una parte del líquido recogido en el sistema de drenaje o del efluente del decantador, para diluir la concentración del agua residual que entra en el sistema y mantener así la humedad de la película biológica.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 43 Debido a que la migración de sustrato en la biopelícula es de 3 a 5 veces menor que la del oxígeno, se desarrollan 3 capas del exterior al interior: - Aerobia: Recibe sustrato y por tanto crece - Aerobia: No recibe sustrato, no crece, pero posee respiración endógena. - Anaerobia: Sin sustrato ni Oxígeno. Se encuentra en fermentación produciendo burbujas de gas que pueden provocar el desprendimiento de trozos de biopelículas que son arrastrados por el agua. El espacio libre es ocupado rápidamente por nuevas colonias bacterianas. Este último fenómeno conocido como arrastre, es función de la carga hidráulica y orgánica del filtro, siendo la esencia del mecanismo de autolimpieza que impide el atascamiento de los lechos. La carga hidráulica origina las velocidades de arrastre, debiendo ser reguladas para asegurar un espesor uniforme de la película biológica, mientras que la carga orgánica influye en la velocidad de metabolismo en la capa biológica. Las biopelículas gruesas pueden favorecer el atascamiento considerando que el rendimiento máximo se consigue con espesores de 100 micras. Los microorganismos presentes en el filtro son: - Bacterias: Tanto aerobias como anaerobias cuya misión es descomponer la materia orgánica. En la capa viscosa en la que prevalecen condiciones adversas para el crecimiento se pueden encontrar bacterias filamentosas y en las zonas más bajas del filtro las nitrificantes. - Hongos: Contribuyen a la estabilización del agua residual pero sólo a pH bajo, pudiendo obstruir el filtro y limitar la ventilación del mismo si crecen rápidamente. - Algas: Sólo crecen en las capas superiores a las que pueden llegar la luz solar. Añaden oxígeno al agua residual que se filtra durante el día pero pueden producir obstrucciones del filtro y provocar por tanto malos olores. - Protozoos: Su función al igual que en fangos activados es controlar la población bacteriana.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 44 Estas poblaciones varían en función de la profundidad del filtro, cambios en la carga orgánica, carga hidráulica, composición del afluente, pH, temperatura, disponibilidad de aire, etc... Los filtros percoladores se clasifican según las cargas orgánicas o hidráulicas aplicadas en: - Filtros de baja carga: Producen una calidad estable del afluente con independencia de la naturaleza cambiante del afluente. La carga hidráulica constante se mantiene mediante bombas con control de nivel de succión aunque en plantas de baja dimensiones, el escaso caudal nocturno puede hacer necesario recircular parte del efluente para mantener la humedad del medio. Si la población nitrificante está suficientemente desarrollada y si las condiciones climáticas y características del agua residual son las adecuadas se pueden conseguir un elevado nivel de eliminación de DBO y alta nitrificación. - Filtros de media carga: Como en este tipo de lecho el crecimiento bacteriano no queda limitado, puede darse el riesgo de atascamiento, que se evita manteniendo sobre el lecho una carga hidráulica suficiente para producir la autolimpieza, siendo necesario para asegurar este caudal un proceso de recirculación. La recirculación ayuda a prevenir el encharcamiento del filtro, reducir los problemas de olores y proliferación de moscas. Al igual que en baja carga deben estar precedidos por una decantación primaria, salvo en el caso especial del tratamiento de aguas industriales desprovistas de materias en suspensión sedimentables. - Filtros de alta carga: Trabajan a altas cargas hidráulicas y orgánicas por lo que necesitan disponer de mayor profundidad, lo que se consigue mediante el empleo de medios más ligeros, como es el plástico. - Filtros de desbaste: Son filtros diseñados para trabajar con cargas hidráulicas altas. Se usan para la eliminación de una parte de la materia orgánica o como medio de mejora del proceso de nitrificación posterior. Necesitan altas tasas de recirculación, siendo el fenómeno de arrastre de la capa
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 51 Tanques de sedimentación, Precipitación química mediante adición de productos químicos con posterior floculación y sedimentación, Flotación, Desbaste de Finos, Usos de filtros, Aplicación al terreno. 1.4.3. Control de nutrientes El Nitrógeno y el Fósforo son los principales nutrientes aportados en las aguas residuales por lo que su eliminación se hace necesaria cada vez con mayor frecuencia debido al impacto de éstos sobre la calidad de las aguas receptoras. 1.4.3.1. Eliminación de Nitrógeno. En el agua residual, el Nitrógeno puede estar presente en múltiples formas, y son numerosas las transformaciones que pueden sufrir y que permiten convertir el Nitrógeno amoniacal en otros productos fácilmente separables (Gerardi, 2002, Collado et al., 2012). El principal mecanismo de eliminación de Nitrógeno es aquel consistente en la Nitrificación-Desnitrificación, basado en los siguientes procesos: Nitrificación: Es el primer paso en la eliminación del Nitrógeno, siendo dos géneros de bacterias los responsables, Nitrosomas y Nitrobacter. Nitrosomas: 55 NH4+ + 76 O2 + 109 HCO3C5H7O2N + 54 NO2- + 57 H2O + 104 H2CO3 El Amoniaco es oxidado a Nitrito. Nitrobacter: 400 NO2- + NH4+ + 4 H2CO3 + HCO3- + 195 O2 C5H7O2N + 3 H2O + 400 NO3El Nitrito se convierte en Nitrato. Se observa que se necesita unos 4,3 mg de O2 por cada mg de N2 amoniacal oxidado a Nitrógeno en forma de Nitrato (Bitton, 1994), además se consume una gran cantidad de alcalinidad, 8,64 mg HCO3por cada mg de
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 52 Nitrógeno amoniacal oxidado. La transformación del Nitrógeno amoniacal en Nitrato, no supone la eliminación de éste sino eliminar su demanda de Oxígeno. Hay muchas sustancias que resultan inhibidoras para las bacterias nitrificantes como son, una alta concentración de NH4+ y HNO2 y algunas sustancias orgánicas. Desnitrificación: La desnitrificación heterótrofa es un proceso respiratorio microbiano que suministra a los organismos la Energía necesaria para su crecimiento; se produce gracias a los Nitritos y Nitratos que se reducen a Nitrógeno molecular. Este es un gas inerte, que no es utilizable para el crecimiento biológico. Las reacciones de reducción del Nitrógeno son las siguientes: NO3NO2NO N2O N2 La desnitrificación consigue: - Recuperar una parte de la alcalinidad consumida en la Nitrificación: 3,5 g CaCO3/g N-NO3 reducido. - Si está controlada se disminuyen los riesgos de desnitrificación incontrolada en la Decantación secundaria. - Recupera una parte del Oxígeno consumido por la Nitrificación: 2,6 g O2 / g N-NO3 reducido. 1.4.3.2. Nitrificación biológica Se pueden clasificar atendiendo al grado de separación de las funciones de oxidación del Carbono y de la Nitrificación en “Etapa Única” cuando ambos procesos se realiza en un único reactor, o “Etapas Separadas” cuando los procesos se realizan en diferentes reactores. Ambos tipos de procesos pueden a su vez emplear reactores de película fija o en suspensión. 1.4.3.2. a Proceso en una sola etapa La nitrificación se puede conseguir en cualquiera de los procesos de fangos activados de cultivo en suspensión, siendo los más empleados el de Flujo
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 53 Pistón convencional, Mezcla Completa, y Aireación prolongada. Los dos procesos de película fija que se pueden emplear son los Filtros Percoladores y los Biodiscos. - Cultivo en suspensión: Generalmente si es posible suministrar la cantidad de aire necesaria, a Temperaturas moderadas en los procesos de fangos activados convencionales, es fácil asegurar el proceso de nitrificación. No obstante, se ha de introducir algunas modificaciones funcionales para la estabilización de la materia orgánica: - Se debe suministrar una cantidad de Oxígeno adicional para el proceso de nitrificación. - Las bacterias responsables de la nitrificación son muy diferentes de las bacterias heterótrofas responsables de la degradación de la materia orgánica. Las bacterias nitrificantes al poseer una velocidad de crecimiento menor que la heterótrofa requieren tiempo de retención celular más elevado. - En aguas residuales de baja alcalinidad se deben tomar las medidas oportunas que permitan la adición de cal o sosa debido a que la conversión microbiana provoca una caída de pH. Hay que tener en cuenta las siguientes variables, que actúan sobre el proceso de nitrificación: - Concentración de Amoniaco-Nitrito: La concentración de Amoniaco y Nitrato afecta al crecimiento de Nitrosomas y Nitrobacter, siendo el crecimiento de éste último mayor que la de los Nitrosomas. La conversión del Amoniaco en Nitrito se considera la fase limitante del crecimiento. - Relación DBO5/NKT: La cantidad de organismos nitrificantes presentes en el líquido mezcla estará relacionada con la relación DBO5/NKT. Cuanto mayor es esta relación menor será la cantidad de estos organismos. - Concentración de Oxígeno disuelto: Se recomienda un valor mínimo de OD de 2 mg/l para evitar los efectos retardadores de las bajas concentraciones de OD sobre la velocidad de nitrificación. - Temperatura: La tasa conjunta de nitrificación decrece al aumentar la Temperatura.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 54 - pH: Se ha observado que la tasa máxima de nitrificación se produce entre valores de 7,2 y 9. Además hay que considerar que cada mg/l de N-NH4+ oxidado provoca la destrucción de 7,14 mg/l de alcalinidad expresada como CaCO3. - Película fija: Los principales procesos de película fija son los filtros Percoladores y los Biodiscos. El rendimiento de estos procesos viene determinados por la carga orgánica debiéndose mantener dentro de un intervalo predeterminado. Los filtros que emplean medios sintéticos al poseer una mayor superficie de contacto aceptan mayor carga que los medios pétreos. Empleando Biodiscos, no se conseguirá una nitrificación importante, a no ser que se reduzca la concentración de DBO5 soluble hasta 15mg/l. La cantidad de amoniaco que se puede oxidar dependerá de la superficie de las unidades por lo que la superficie total de los Biodiscos debe ser la suma de la necesaria para la oxidación de la materia orgánica y de la nitrificación. 1.4.3.2.b Proceso en etapas separadas Se consigue una mayor flexibilidad y fiabilidad del proceso ya que la oxidación del Carbono y Nitrificación al llevarse a cabo independientemente disminuye los problemas de toxicidad que las bacterias Nitrificantes acusan frente a la materia orgánica biodegradable. - Cultivos en suspensión: En muchos aspectos es parecido al proceso de fango activado. Si se desean concentraciones de amoniaco muy bajas, es aconsejable emplear reactores de Flujo Pistón o varios reactores de Mezcla Completa en serie. Los niveles bajos de Carbono en el afluente del proceso de nitrificación pueden romper el equilibrio entre los sólidos separados en la decantación y los producidos en el reactor, por lo que se hace necesario un aumento de la DBO del afluente del reactor de nitrificación. - Película fija: Se utiliza Filtro Percoladores y Biodiscos. Los filtros percoladores se pueden emplear para la nitrificación a continuación de un sistema de oxidación de Carbono de Cultivo en suspensión o combinado con otro filtro percolador.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 55 1.4.3.3. Nitrificación/desnitrificación biológica Es el más adecuado debido a: - Elevado rendimiento de eliminación del Nitrógeno. - Alta estabilidad y fiabilidad del proceso. - Facilidad de control del proceso. - Reducidas necesidades de espacio. - Coste moderado. La eliminación del nitrato en forma de nitrógeno se realiza biológicamente bajo condiciones anóxicas interviniendo dos tipos de sistemas enzimáticos que realizan procesos asimilativos y catabólicos: - Asimilativos: El nitrato se convierte en nitrógeno amoniacal para que la célula lo usen en la biosíntesis. - Catabólicos: Se forma nitrógeno gas a partir de nitrato. En los sistemas de nitrificación/desnitrificación debe haber un contenido de materia orgánica suficiente para proporcionar la energía necesaria para que las bacterias lleven a cabo la conversión del nitrato en nitrógeno. Las necesidades de carbono se pueden cubrir tanto confluentes internas (agua residual y materia celular) o externas. Otro término importante es el oxígeno disuelto ya que a concentraciones de 1 mg/l la velocidad de desnitrificación tiende a ser nula. Los procesos los clasificaremos atendiendo a si estos se realizan conjuntamente con la oxidación de la materia orgánica o no. 1.4.3.3. a. Sistemas de nitrificación/desnitrificación conjunta (fango único) Las ventajas que presenta este sistema son: - Reducción del volumen de aire necesario para conseguir la nitrificación y eliminación de la DBO5. - Eliminación de la necesidad de fuentes de Carbono suplementarias para la desnitrificación. Se emplea el Carbono presente en el agua residual y el que queda en los fragmentos de tejido celular bacteriano después de la degradación endógena de los organismos. - No es necesario el uso de Decantadores intermedios y sistemas de recirculación de fangos.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 56 Destacamos dos tipos de procesos: - Proceso Bardenpho en cuatro etapas: El agua a tratar entra en una zona de desnitrificación anóxica a la que se le recircula líquido mezcla nitrificado desde un tanque de oxidación de carbono y nitrificación conjuntas, situado después del reactor anóxico. El carbono presente en el agua residual se emplea para desnitrificar el nitrato recirculado. Debido a la alta carga orgánica, la desnitrificación tiene lugar rápidamente. El amoniaco contenido en el agua residual circula a través de la primera zona anóxica sin sufrir modificación alguna para su nitrificación en el primer tanque de aireación. El líquido mezcla nitrificado del primer tanque de aireación pasa a una segunda zona anóxica, en la que tiene lugar una segunda desnitrificación en la que se consume el carbono endógeno. La segunda zona aerobia se emplea para eliminar por stripping el nitrógeno gas antes de pasar al decantador. El amoniaco liberado del fango en la segunda zona anóxica también se nitrifica en la última zona aerobia. - Canales de oxidación: El líquido mezcla fluye dando vueltas en un canal cerrado, impulsado y aireado por mecanismos de aireación mecánica, estableciéndose una zona aerobia en la parte situada a continuación del aireador, y una zona anóxica en el tramo anterior. El agua residual a tratar se alimenta aguas arriba de la zona anóxica donde se consume parte del carbono. El efluente del reactor se extrae del final de la zona aerobia para su clarificación. 1.4.3.3.b Sistemas de desnitrificación de etapas separadas (fangos separados) Se realiza la oxidación del Carbono y la nitrificación conjuntamente en un reactor y la desnitrificación en otro, por lo que el fango se genera por separado en cada reactor. Se hace uso de la adición de una fuente de carbono orgánico externa en forma generalmente de Metanol (CH3OH), el cual debe añadirse sin exceso para que no aparezca en forma de DBO en el efluente. Si se emplea el metanol como fuente de Carbono la estequiometria del proceso energético sería la siguiente:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 57 Primer paso: 6 NO3- + 2 CH3OH 6 NO2- + 2 CO2 + 4 H2O Segundo paso: 6 NO2- + 3 CH3OH 3 N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OHReacción global: 6 NO3- + 5 CH3OH 5 CO2 + 3 N2 + 7 H2O + 6 OHReacción global de eliminación de Nitratos: NO3- + 1,08 CH3OH + H+ 0,065 C5H7O2N + 0,47 N2 + 0,76 CO2 + 2,44 H2O Si todo el nitrógeno se halla presente en forma de nitrato, las necesidades globales de metanol se pueden calcular empleando la ecuación anterior. Sin embargo, el agua residual a desnitrificar que ha seguido un tratamiento biológico puede contener algunos nitritos y oxígeno disuelto por lo que las necesidades de metanol se pueden calcular empleando la siguiente relación empírica: Cm = 2,47 No + 1,53 N1 + 0,87 Do Cm = Concentración de metanol necesaria, mg/l. No = Concentración inicial de nitrógeno en forma de nitrato, mg/l. N1 = Concentración inicial de nitrógeno en forma de nitrito, mg/l. Do = Concentración inicial de Oxígeno disuelto, mg/l. - Cultivo en suspensión Se parece al sistema de fangos activados empleado para la eliminación del Carbono orgánico utilizando tanto reactores de mezcla perfecta como de flujo en pistón. Es necesario disponer de un elemento para la eliminación del nitrógeno gas entre el reactor y las instalaciones de sedimentación ya que el gas se adhiere a los sólidos biológicos impidiendo una buena sedimentación. Estos elementos pueden consistir en airear los canales de conexión del reactor biológico con el decantador o en colocar un tanque independiente en el que se procede a la aireación de los sólidos durante un corto periodo de tiempo.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 58 El efluente de la etapa de desnitrificación se puede filtrar, o añadir alúmina antes de proceder a la filtración para conseguir la eliminación del Fósforo y sólidos suspendidos residuales. Los sólidos suspendidos volátiles del líquido mezcla presentes en los reactores de nitrificación están compuestos por los organismos responsables de la conversión del carbono orgánico y de la nitrificación. Los SSLM en el reactor de nitrificación suelen ser un 50-100% más elevados que los SSVLM, y pueden contener precipitados químicos residuales en los casos en los que se utiliza la precipitación química para la eliminación de Fósforo. En los reactores de desnitrificación, los SSVLM son del orden del 40-70% de los SSLM. El efecto de la Temperatura sobre el rendimiento del proceso es importante ya que la calidad del efluente empeora a bajas Temperaturas. - Película Fija Los más comúnmente empleados son: - Reactores de lecho fluidizado: El agua residual a tratar circula ascensionalmente a través de un lecho de material granular fino, como la arena, a una velocidad suficientemente elevada como para suspender o fluidificar el medio. La fluidificación aumenta la superficie específica del medio y permite altas concentraciones de biomasa en el reactor. El reactor requiere un espacio relativamente pequeño y es sencillo de operar. - Biodiscos: Para la desnitrificación es parecido al de los procesos aerobios, excepto por el hecho de que el medio se sumerge totalmente para evitar la oxigenación del líquido. Para eliminar el exceso de biomasa desprendida, es necesario proceder a la clarificación después del tratamiento biológico. 1.4.4. Eliminación de Fósforo El Fósforo es un elemento esencial para la vida biológica, tanto para los organismos inferiores como para las estructuras más complejas. Un examen de diversos estudios manifiesta que la relación P/DBO5 varía del 3,2 al 6,6% en el caso de aguas residuales con predominio de urbanas. La mayoría del Fósforo aportado a las aguas residuales urbanas proviene de los desechos humanos y de los detergentes, la agricultura es la causante del 15% restante. El Fósforo aparece como Fosfato en las formas siguientes:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 59 - Ortofosfatos solubles (PO43-): Fácilmente precipitables, pueden proceder directamente de los vertidos o del resultado de una degradación en el proceso del tratamiento de los polifosfatos orgánicos e inorgánicos. - Polifosfatos (P2O7): Orgánicos o Inorgánicos, pueden degradarse en ortofosfatos o permanecer inertes. A su vez, pueden estar en solución o en suspensión más o menos sedimentable. Sólo una reducida fracción de los Fosfatos (en su mayoría orgánico) es sedimentable. Esta fracción se estima normalmente entre el 5-15% del total. Uno de los principales organismos responsables de la eliminación del Fósforo son los Acinetobacter, los cuales en condiciones anaerobias liberan el Fósforo almacenado ante la presencia de ácidos grasos volátiles. Los microorganismos no sólo utilizan el Fósforo para el mantenimiento celular, síntesis celular y transporte de Energía, sino que también lo almacenan para su posterior uso. 1.4.4.1. Eliminación biológica del Fósforo 1.4.4.1.a Proceso A/O Es un sistema de cultivo en suspensión de fango único que lleva a cabo conjuntamente la oxidación del Carbono y eliminación de Fósforo del agua residual, combinando secuencialmente etapas aerobias y anaerobias. Si además se quiere que se produzca la nitrificación, es necesario procurar el suficiente tiempo de detención en la fase aerobia. El fango sedimentado se recircula a la entrada del reactor y se mezcla con el agua residual entrante. Bajo condiciones anaerobias, el Fósforo presente en el agua residual y en la masa celular recirculada se libera en forma de fosfatos solubles. El Fósforo se separa de la corriente líquida a través de la purga de fango activado. La concentración de Fósforo en el efluente depende de la relación DBO/Fósforo, si ésta es superior a 10:1 se pueden alcanzar concentraciones de fósforo soluble en el efluente menor o igual a 1 mg/l.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 60 1.4.4.1.b Proceso PhoStrip Una parte del fango de recirculación del tratamiento biológico se desvía a un tanque anaerobio de eliminación de Fósforo, donde el Fósforo se libera y se extrae junto con los sobrenadantes, y el fango activado de bajo contenido en fósforo se recircula al tanque de aireación. El sobrenadante se trata con cal u otro coagulante en un tanque independiente y se conduce a decantación primaria o a un tanque de floculación/clarificación independiente para separar los sólidos. 1.4.4.1.c Reactor discontinuo secuencial En este sistema se puede conseguir conjuntamente la oxidación del carbono, reducción del Nitrógeno y eliminación de Fósforo. En este caso necesitaríamos la siguiente configuración de reactores: - Anaerobio: Se produce la liberación del Fósforo y consumo de la DBO. - Aerobio: Los microorganismos consumen el Fósforo. - Anóxico: Se realiza la desnitrificación, siendo necesario disponer de una fuente de Carbono, ya sea externa o por la respiración endógena de la biomasa presente. La duración total del ciclo puede variar entre 3 y 24 horas. Eliminación conjunta de Nitrógeno y Fósforo mediante procesos biológicos. Los procesos más comúnmente empleados son: 1.4.4.2. Proceso A2/O Es una modificación del proceso A/O que incorpora una zona anóxica para conseguir la desnitrificación. El período de detención en la zona anóxica es de alrededor de 1 hora. La zona anóxica es deficitaria en oxígeno disuelto, pero existe disponibilidad de oxígeno químicamente ligado en forma de nitratos o de nitritos gracias a la recirculación del líquido mezcla nitrificado que se recircula desde la zona aerobia.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 67 1.5. Combinaciones de procesos. Son muchas las posibles combinaciones que pueden realizarse, por ello es conveniente realizar un estudio del agua residual a depurar y de la calidad del agua que se desea obtener. Podemos diseñar gráficos que reflejen diferentes posibilidades de tratamiento, por ejemplo el siguiente: Figura 1. . Ejemplo de Tratamiento del agua residual. Línea de Agua Las diferentes combinaciones que pueden llevarse a cabo dependerán del agua de entrada a la planta y lo normal es emplear solamente los procesos que garanticen las exigencias del efluente.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 68 Los ejemplos siguientes sirven para explicar el diagrama de algunos sistemas de tratamiento: Figura 2. . Ejemplo de instalación típica de Tratamiento Primario El destino final que puede dársele al agua tratada puede ser el vertido directo al medio receptor, (mar, río, embalses), ó su reutilización. Éste último es el que se estudia, con mayor interés en esta Tesis y en especial para el proceso de depuración de aguas residuales en la Mancomunidad del Sureste.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 69 Esta planta presenta el tratamiento que se describe a continuación en forma gráfica. Figura 3. Tratamiento depuradora del Sureste
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 70 1.4. Introducción a la reutilización del agua residual depurada. La tendencia actual, debido a la escasez de agua potable en algunas zonas de nuestras islas, es la de reutilizar el agua obtenida en la depuración de las aguas residuales municipales. Esto reduce la demanda de agua potable, es decir, se sustituye por agua depurada el agua potable que se emplearía, siempre que las condiciones de la primera lo permitan, especialmente si se emplea con fines agrícolas y urbanos. Algunos de las aplicaciones más comunes son las indicadas a continuación: Tabla 3. Aplicaciones: Riego Agrícola Zonas verdes Cultivos Forrajeros Cultivos de Fibra y de Semillas de Siembra Viveros Cultivos Comestibles Zonas residenciales Parques y Jardines Patios de recreo Vías Públicas Cementerios Tabla 4. Aplicaciones: agua urbana no potable Protección contra incendios Lavado de vehículos Aire acondicionado Cisternas de servicios Limpieza de calles Limpieza de contenedores de basura
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 71 1.1.3. REALIMENTACIÓN DE LAS CAPAS ACUÍFERAS SUBTERRÁNEAS Recarga de acuíferos potables Control de la intrusión de agua salada 1.1.4. OTROS USOS Embalse recreativos u ornamentales Aumento de caudales Recuperación suelos y barrancos Control de polvo Construcción En la tabla 5 se indican los criterios de tratamiento y calidad para la reutilización de las aguas tratadas, establecidos por el estado de California. Se observa que el grado de tratamiento aumenta en función del grado de contacto al que puede estar expuesto el ser humano a las aguas regeneradas.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 72 Tabla 5. Criterios de tratamiento y calidad para la reutilización Fuente: State of California (1978) Tipo de Reutilización Límite de Coliformes Totales Tratamiento Exigido - Cultivos forrajeros - Cultivos de fibra y de siembra - Riego superficial de huertos y viñedos - Pasto de animales - Embalses ornamentales - Riego de zonas verdes - Riego superficial de cultivos comestibles (b) - Embalse de recreo (no baño) - Rieg o por aspersión de cultivos comestibles - Riego de zonas verdes - Embalse de recreo (Si baño) ----------- 23 /100 ml 2,2 / 100 ml 2,2/100 ml Primario Oxidación y Desinfección Oxidación y Desinfección Oxidación, Coagulación, Clarificación, Filtración (c) y Desinfección. (b) .- Los cultivos destinados a la industria alimentaria pueden tener requisitos distintos. (c) .- La turbidez del efluente filtrado será inferior a 2 UNT durante un período de 24 horas. Se observa que el grado de tratamiento aumenta en función del grado de contacto al que puede estar expuesto el ser humano a las aguas regeneradas. En el año 1971 la Organización Mundial de la Salud organizó una reunión de expertos en el tema de las aguas regeneradas. Se establecieron entonces una serie de criterios que han ido cambiando a lo largo de los
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 73 anos, hasta que, en el año 1985, en Engelberg (Suiza), se llevó a cabo otra reunión en la que se revisaron las investigaciones acerca de los diferentes aspectos sanitarios, especialmente en la reutilización agrícola y en la piscicultura. Las conclusiones de este congreso se recogen en el llamado informe Engelberg, el cual incluye directrices acerca de la reutilización en irrigación. En el año 1987, la cita fue en Ginebra, y en el año 1989 se publicaron las directrices recopiladas, hasta el momento, por la O.M.S.; reafirmando aquella que había sido recopilada en el informe Engelberg, las cuales se indican en la tabla siguiente: Tabla 6. Directrices de la calidad microbiológica, en el uso del agua residual tratada en la agricultura. Categoría Condiciones para la Reutilización Grupo Expuesto Nematodos Intestinales (*) Coliformes fecales (**) Tratamiento de las Aguas Residuales A Cultivos a consumir en crudo, parques públicos Trabajadores, Consumidores Públicos < 1 < 1,000 Estanques de Estabilización o equivalente B Cultivo de cereales, industriales, forrajeros, pastos y árboles Trabajadores < 1 No hay valores recomendados Retención en Estanques de Estab. Durante 8-10 días o equivalente C Riego localizado de los cultivos del tipo categoría B, sin exposición al público o trabajadores Ninguno No aplicable No aplicable Pretratamiento, no inferior a decantación primaria (*) para la media aritmética de nº de huevos por litro (**) para la media geométrica, nº por 100 ml. En el riego de árboles frutales debe suspenderse las dos semanas antes de su recogida. Para cada uno de los distintos uso recogidos se exige que el agua presente unas determinadas características físicas - químicas y microbiológicas. Los factores que afectan a la calidad del agua tratada son:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 74 - La calidad del agua bruta - El tratamiento de las aguas residuales - La efectividad del tratamiento - El sistema de distribución y su funcionamiento Para asegurar el buen funcionamiento de la depuración, deben tomarse medidas de control que eviten los vertidos industriales, los cuales aportan altas concentraciones de sustancias químicas impidiendo que el proceso de depuración, se lleve a cabo correctamente. 1.7. Criterios de Calidad para la reutilización de las aguas depuradas. Los criterios para determinar si es posible o no reutilizar un agua regenerada, se estudian en función de: 1. Protección de la Salud Pública, con especial atención a los aspectos microbiológicos. 2. Características Físico - Químicas, las cuales pueden hacer restringir su uso. 3. Efectos en el Riego, debe considerarse como afecta cada uno de los componentes del agua en los cultivo y vegetales así como a los suelos y aguas subterráneas en las que se aplica el agua. 4. Aspecto final del agua, el cual deberá ser clara, transparente e inodora, especialmente si el agua se destina a almacenamiento en estanques, con fines recreativos.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 75 5. Percepción del usuario; Es importante que el agua se perciba segura y apropiada para el uso al que se destina Para los usos no potables de las aguas residuales regeneradas, se conocen bien los efectos de muchos de los componentes químicos, por lo tanto la calidad del agua, referida a estos parámetros, puede determinarse rápidamente y con facilidad. Si el destino final del agua depurada es el riego de cultivos, debe estudiarse el contenido de materia orgánica, especialmente si las aguas a tratar son de procedencia industrial. Los riesgos sanitarios que se asocian a este tipo de aguas regeneradas, en cuanto a los agentes microbiológicos, son más difíciles de evaluar, y varios países han dispuesto de normativa para su utilización. Uno de los países con mayor tradición en la reutilización de las aguas residuales tratadas es Estados Unidos, en concreto el estado de California que estableció las primeras normativas acerca de la reutilización en el año 1918. En España la normativa se establecía los condicionantes para el vertido al dominio hidráulico y a partir de ahí se “reutilizaba” el agua. La Ley 11/2005, de 22 de junio, por la que se modifica la Ley 10/2001, de 5 de julio, del Plan Hidrológico Nacional, contiene una modificación del texto refundido de la Ley de Aguas, aprobado por el Real Decreto Legislativo 1/2001, de 20 de julio, en la que se ha dado nueva redacción del artículo 109.1 «el Gobierno establecerá las condiciones básicas para la reutilización de las aguas, precisando la calidad exigible a las aguas depuradas según los usos previstos. El titular de la concesión o autorización deberá sufragar los costes necesarios para adecuar la reutilización de las aguas a las exigencias de calidad vigentes en cada momento».
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 76 La normativa específica para la reutilización queda recogida en el REAL DECRETO 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. En la misma se define el concepto de reutilización y se introduce la denominación de aguas regeneradas, más acorde con las posibilidades de reutilización que la norma establece y ampliamente admitida en la doctrina técnica y jurídica. Asimismo se establecen las disposiciones relativas a los usos admitidos y exigencias de calidad precisas en cada caso. El anexo I del citado Real Decreto, recoge los criterios mínimos obligatorios exigibles de calidad para la utilización de las aguas regeneradas según los usos. Con el objeto de utilizar los términos definidos en esta normativa, indicamos al menos las definiciones que utilizamos en esta Tesis y que se indican en el artículo 2 del citado Real Decreto: “a) Reutilización de las aguas: aplicación, antes de su devolución al dominio público hidráulico y al marítimo terrestre para un nuevo uso privativo de las aguas que, habiendo sido utilizadas por quien las derivó, se han sometido al proceso o procesos de depuración establecidos en la correspondiente autorización de vertido y a los necesarios para alcanzar la calidad requerida en función de los usos a que se van a destinar. b) Aguas depuradas: aguas residuales que han sido sometidas a un proceso de tratamiento que permita adecuar su calidad a la normativa de vertidos aplicable. c) Aguas regeneradas: aguas residuales depuradas que, en su caso, han sido sometidas a un proceso de tratamiento adicional o complementario que permite adecuar su calidad al uso al que se destinan.
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REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 85 CAPITULO 2: AGUA DE RIEGO. EFECTOS SOBRE LOS CULTIVOS Y EL SUELO 2.1 Agua de riego y efecto sobre los cultivos y los suelos. Antes de reutilizar el agua depurada, especialmente en el caso de que ésta se destine al riego, debe tenerse conocimiento de cuales son aquellos factores que influyen en que un agua sea más o menos buena para el fin al previsto, además de cumplir con la legislación vigente y en especial el en el REAL DECRETO 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. La experiencia en el uso de aguas de diferentes calidades, se ha almacenado a través de las observaciones y estudios de los distintos problemas que se plantean durante el uso de ésta. De estas observaciones surgen las diferentes medidas de calidad de agua, las cuales se han agrupado de diferentes formas para preparar patrones a seguir en situaciones similares, aumentando la capacidad de pronosticar las respuestas de los distintos cultivos en determinadas circunstancias. Estos problemas son, principalmente la salinidad, la infiltración en el suelo y la presencia de productos tóxicos para la planta. 2.2 Problemas debidos a la Salinidad. Los problemas de salinidad surgen cuando las sales se acumulan en las zonas radiculares de las plantas, a concentraciones elevadas. Estas sales son transportadas, normalmente por las aguas de riego y se acumulan en los suelos.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 86 Para comprender por qué es tan perjudicial una salinidad elevada, debe conocerse el proceso por el cual la planta absorbe el agua que necesita para el desarrollo y la síntesis de nuevos órganos. Proceso de absorción del agua por las plantas: El agua del suelo puede clasificarse según muestra la figura 4 - Según la capacidad de succión de Humedad pueden clasificarse como: - Agua Gravitacional: Es retenida con una succión < 1/3 atm y se elimina por gravedad Figura 4. Formas del agua en el suelo
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 87 - Agua Capilar: Retenida con una succión entre 1/3 y 31 atm, se elimina por contacto con el aire. - Agua Higroscópica: Retenida a más de 31 atm, sólo eliminable en una estufa a 110 °C durante varias horas. - Según la utilización por la planta se clasifican en: - Agua Sobrante: La eliminada por gravedad (comprende el agua gravitacional). - Agua Disponible: Es la que pueden absorber las raíces para cubrir sus necesidades (comprende unos 2/3 del agua capilar). - Agua No Disponible: Es la que el suelo retiene fuertemente y la planta no puede absorber( comprende el agua higroscópica y 1/3 del agua capilar) Las distintas formas en que las plantas toman agua del suelo, pueden diferenciarse en: -Absorción Activa: Cuando las necesidades de agua son bajas, la planta realiza la absorción a través de las raíces, donde se acumulan las sales por efecto osmótico. Por los estomas de las hojas puede tomarse una cantidad pequeña de agua lluvia del rocío ó de la nieve. - Absorción Pasiva: Cuando la planta pierde agua por efecto de la transpiración, necesita recuperarla, por ello succiona agua del suelo. Es necesario que esta agua esté al alcance de las raíces.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 88 Por otra parte, la utilización del agua por las plantas en relación con el efecto de salinidades se explica a continuación: Por lo general el esfuerzo mayor que realiza la planta es la succión del agua capilar. En los suelos salinos se produce un aumento de la presión osmótica lo cual genera una situación en la que la planta está incapacitada para realizar una succión tan elevada, con lo que se marchita. Inmediatamente después del riego, el agua más aprovechable es aquella situada en la capa superior de la zona radicular, ésta es a su vez la capa de menor salinidad. A medida que el cultivo consume dicha agua la encontrará, cada vez, en capas más profundas, y por estas razón serán capas más salinas. Para manejar suelos con tendencia a la salinización, es importante controlar el agua y el método de riego, así pues, cuando se emplean métodos de riego por aspersión el movimiento de sales se produce hacia abajo, (ideal para cultivos sensibles con raíces poco profundas como las fresas); con el riego por surcos, el movimiento de sales se produce en sentido ascendente, es decir, hacia la zona del surco menos mojada; en cuanto al riego por goteo, son riegos cortos, que mantiene la humedad, por lo que las sales tienden a acumularse alrededor del gotero en forma de corona circular blanca. Manteniendo los suelos húmedos con riegos ligeros, se consigue una dilución de sales que disminuyen los efectos tóxicos y osmóticos. Mantener esta situación es útil durante la época de germinación y el estado de plántula, hasta alcanzar un estado vegetativo avanzado con mayor tolerancia a la salinidad.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 89 Con riegos ligeros ó por aspersión, se logran desplazamientos de las sales a capa inferiores, fuera del radio radicular de la plántula. Las sales acumuladas pueden eliminarse realizando lavados de los suelos con aguas de mayor calidad. En este proceso se lleva a cabo por desplazamiento de las sales a niveles más profundos, pero para conseguir un buen rendimiento debe contarse con un buen sistema de drenaje. 2.2.1 Tolerancia de los cultivos a la salinidad: Cada cultivo responde de forma diferente a la salinidad. Se considera que un agua con una salinidad de 0.7 dS/m no tiene restricciones en su uso agrario. Según Las Organizaciones de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, la salinidad promedia de la zona radicular que puede ser tolerado por las plantas sin afectar negativamente a su desarrollo, es la Salinidad Umbral (Su). A esta salinidad el rendimiento potencial de los cultivos es aún del 100 %. Tabla 14. Tolerancia de algunos cultivos a la Salinidad en relación con el rendimiento potencial Rendimiento potencial 100 % 90 % 75 % 50 % 0 % ECa ECa ECa ECa ECa Maíz 1,1 1,7 2,5 3,9 6,2 Tomate 1,7 2,3 3,4 5,0 8,4 Papas 1,7 1,7 2,5 3,9 6,7 Pimiento 1,0 1,5 2,2 3,4 5,8 Lechuga 0,9 1,4 2,1 3,4 6,0
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 90 Cebolla 0,8 1,2 1,8 2,9 5,0 Palmera 2,7 4,5 7,3 12 21 Naranjo 1,1 1,6 2,2 3,3 5,4 ECa = salinidad del agua de riego dS/m El rendimiento potencial 0%, implica la salinidad máxima teórica a la que la planta deja de crecer. La tolerancia relativa a la salinidad, de los cultivos, se estudia agrupándolos en los siguientes grupos: - Tolerantes - Moderadamente tolerantes - Moderadamente sensibles - Sensibles Cada uno de estos grupos se determina según la gráfica siguiente: La tolerancia relativa que ofrece cada cultivo a la salinidad es diferente, podemos apreciarlo en los ejemplos descritos a continuación, donde el grado de tolerancia se divide en los cuatro grupos nombrados anteriormente: Figura 5. Delimitación de tolerancia relativa a la salinidad en los cultivos.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 91 TOLERANTES - Algodón - Cebada - Espárragos - Palmera Datilera MODERADAMENTE TOLERANTES - Trigo - Higuera - Olivo - Papaya MODERADAMENTE SENSIBLES - Caña de Azúcar - Girasol - Maíz - Alfalfa - Calabaza - Col - Papas - Pimiento - Sandía - Tomate SENSIBLES - Cebolla - Zanahoria
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 92 - Aguacate - Lima - Limón - Naranja - Mandarino - Mango - Níspero Los factores que afectan a la tolerancia son: - Calidad del agua de riego - Etapa de desarrollo del cultivo - Los patrones de injertos - El clima - La fertilización. 2.2.2 Prácticas de control de la salinidad: Las siguientes prácticas pueden ayudar a controlar la salinización de un suelo. 2.2.2.1. Emparejamiento del suelo: Nivelar el terreno ayuda a mejorar el reparto del agua de riego, evitando las acumulaciones de agua en los puntos más bajos. Con esta medida se evita que el agua no alcance las zonas altas, lo que supondría un desplazamiento del agua hacia allí, por capilaridad, evaporándose con facilidad y concentrando sus sales. El emparejamiento no consiste en cambiar las pendientes, sino en alisar las superficies.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 99 La superficie del complejo, está cargado negativamente Tabla 15. Concentración de Ca° para la determinación del SAR aj Salinidad del agua de riego (Eca dS/m) HCO 3 -/Ca 0,7 1,0 1,5 2,0 3,0 1.00 2.01 2.09 2.16 2.23 2.35 1.25 1.73 1.78 1.86 1.92 2.02 1.50 1.53 1.58 1.65 1.70 1.79 1.75 1.38 1.43 1.49 1.54 1.62 2.00 1.26 1.31 1.36 1.40 1.48 2.25 1.17 1.21 1.26 1.30 1.37 2.50 1.09 1.12 1.17 1.21 1.27 3.00 0.96 1.00 1.04 1.07 1.13 3.50 0.97 0.90 0.94 0.97 1.02 4.00 0.80 0.82 0.86 0.88 0.93 (HCO3 / Ca = se expresa en me/l) Esta tabla se ha realizado suponiendo que: Figura 8. Complejos arcillosos húmicos
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 100 - La presión relativa de C02 cerca de la superficie es 0.0007 atm - No hay precipitación de Magnesio Si tiene lugar un incremento del sodio respecto del calcio, se produce una disgregación del suelo, debido a los efectos dispersantes del sodio. Este efecto perjudica el cultivo debido a la falta de aireación del suelo por formación de costras, crecimientos anormales, enfermedades en las plantas ó crecimiento de malas hierbas y aumento de presencia de insectos. La compactación relativa del suelo puede verse afectada por la presencia de sodio en cantidades excesivas, en relación con el calcio y el magnesio, produciéndose una dispersión del mismo. Una velocidad de infiltración de agua se considera baja cuando es de 3 mm/hora, y por encima de 12 mm /hora, relativamente alta. La figura 9 refleja la infiltración respecto a la salinidad y al SAR. 2.4. Manejo del riego para controlar los problemas de Infiltración: Existen varios métodos que permiten reducir los problemas asociados a la infiltración. Figura 9. Infiltración del agua respecto a la salinidad y el SAR
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 101 2.4.1. Frecuencia en los riegos: Recordemos que el problema principal de infiltración en los suelos aparece porque el agua no llega fácilmente a la planta. Regar frecuentemente favorece el suministro de agua a las plantas, siempre que se prevea el que no se acumule agua que anegue los cultivos produciendo una asfixia de las raíces, al no estar convenientemente aireadas. Este tipo de riego mantiene un nivel de humedad alto en la zona radicular de la planta, reduciendo los estados de escasez entre dos riegos consecutivos. 2.4.2. Riegos presiembra: Éstos se emplean para llenar la zona radicular con la humedad necesaria, ya que se llenan también las zonas inferiores de esta zona . Este método es adecuado cuando la filtración del agua es lenta. 2.4.3. Duración del proceso de riego: Es importante recordar que uno de los problemas que surgen en presencia excesiva de agua, es la mala aireación en el suelo, ya que el agua se introduce en todos los poros del suelo y no deja penetrar al aire en los poros de mayor tamaño. Por esta razón puede alargarse el riego, rebajando el caudal, para evitar escorrentía excesiva. 2.4.4. Cambio del sistema de riego: En algunas ocasiones, un suelo con problemas de permeabilidad se beneficia de un sistema de riego. Especialmente si se cambia de método de riego por superficie a otros de aplicación más uniforme y controlada
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 102 (aspersión de gota fina, riegos localizados). El inconveniente es que supone realizar grandes inversiones de dinero 2.5 Problemas de Toxicidad: Este problema no se asocia a la escasez de agua, como en el caso de los anteriores (salinidad e infiltración); aunque suelen complicarlos. Un problema de toxicidad surge por la acumulación de determinadas sustancias que provocan daños en los cultivos, a partir de unas concentraciones elevadas. Todos los cultivos no presentan igual sensibilidad a una misma sustancia, por ejemplo, los cultivos anuales son más resistentes a concentraciones superiores que los cultivos frutales. Las sustancias de las que hablamos son, principalmente el Sodio (Na), el Cloro (Cl) y el Boro (B). En los tres casos los inconvenientes se presentan debido a la absorción del agua del suelo, acumulándose en las hojas y dificultando la transpiración. Además el Na y Cl pueden ser absorbidos a través de las hojas cuando se realiza riego por aspersión. Esta absorción foliar acelera las acumulaciones de los iones tóxicos. Vamos a estudiarlos independientemente.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 103 2.5.1. El Cloro: Este ión no es retenido por las partículas del suelo, por el cual se desplaza fácilmente junto con el agua, y es absorbido por las raíces trasladándose hasta las hojas, donde se acumula por la transpiración. Los síntomas de acumulación excesiva se presentan como necrosis ó quemaduras en las hojas, comenzando por las puntas de éstas. En la tabla 16 se recogen valores de la tolerancia al Cloro del aguacate y cítricos. Tabla 16. Tolerancia al cloro Cultivo Nivel máximo permisible de Cloro (sin dañar las hojas) En zona radicular (Cl x, me/l) En agua de riego (Cl a, mel) Aguacate Cítricos 7,5 6,0 5,0 25,0 15,0 10,0 5,0 4,0 3,3 16,6 10,0 6,70 2.5.2 El Sodio: Este catión se controla con los valores del SAR. La toxicidad del sodio se relaciona con la disponibilidad del calcio en el suelo, hasta tal punto que no se sabe bien si la toxicidad se debe a la presencia excesiva de sodio o a un déficit de calcio.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 104 De cualquier forma, el síntoma clave, en este caso, es parecido a la quemadura por efecto del cloro, sólo que a lo largo del borde de las hojas, no en la punta de ésta. La tabla 17 recoge las tolerancias de algunos cultivos al sodio intercambiable. Tabla 17. Tolerancia al sodio Sensibles (PSI < 15) Semisensible (15 < PSI < 40) Tolerantes (PSI > 40) Maíz Pomelo Naranjo Mandarino Garbanzo Zanahoria Caña de azúcar Rábano Tomate Trigo Alfalfa Cebada Remolacha Algodón 2.5.3 EL Boro: Éste es un elemento esencial para el desarrollo de las plantas, (el sodio no lo es y el cloro sólo en pequeñas cantidades), pero en cantidades pequeñas. El boro contenido en el agua del suelo es absorbido por la planta y acumulado en las hojas; comienzan a presentarse problemas cuando la concentración foliar supera los 250-3000 mg B / Kg materia seca. Se detecta en las hojas más viejas, que se tornan amarillas o secas por los bordes. A medida que la toxicidad aumenta se expande por las zonas intervenales, en dirección hacia el centro de las hojas.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 105 La tabla 18 recoge valores de la tolerancia al Boro por parte de algunos cultivos. Tabla 18. Tolerancia al boro Sensibles (0,5-1,0 mg/l) Sensibilidad media (1,0-4,0 mg/l) Tolerantes (4,0-6,0 mg/l) Aguacate Pomelo Naranjo Ajo Trigo Girasol Pimiento Zanahoria Papas Lechuga Nabo Maíz Calabaza Tomate Alfalfa Perejil Remolacha Algodón Espárrago 2.6. Técnicas control de Toxicidad: 2.6.1. Lixiviación: Los tres iones que hemos estudiado pueden reducirse de la zona radicular de la planta por lixiviación, es decir, aplicando una cantidad de agua extra de la que los cultivos necesitan durante el período de crecimiento. Con esto se logra desplazar los iones tóxicos a zonas inferiores al sistema radicular. - El grado de lixiviación mínimo necesaria que controla el Cloro, RL(Cl) (riego por superficie), puede determinarse a partir de la expresión siguiente: RL(c,) = Cl a / (5Cl xCl a)
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 106 Cl a = Concentración de cloro en el riego (me/l) Cl x = Concentración de cloro en el extracto de saturación (me/l) Cl x representa la concentración que un determinado cultivo puede tolerar - Para reducir la presencia del Sodio es necesario aportar una cantidad de agua mayor que para el cloro, por lo que es preferible emplear enmiendas de calcio, con lo cual se equilibra el valor del SAR. - El Boro es aún más difícil de eliminar por lixiviación, ya que se desplaza muy lentamente con el agua del suelo siendo necesario usar tres veces la cantidad de agua necesario para lixiviar cloro, esto supone riesgos por falta de aireación en el suelo. Actualmente se realizan estudios sobre la acción del ácido sulfúrico en suelos con exceso de boro. 2.6.2. Selección de cultivos: Emplear cultivos más tolerantes a los iones tóxicos es la mejor forma de evitar sus efectos. Pero esto supone el tener que realizar estudios previos que garanticen dicha tolerancia. 2.6.3. Mezclas de aguas: En ocasiones las mezclas de aguas de distintas calidades reducen los efectos tóxicos. Esto es especialmente útil para reducir los efectos del sodio, debido al efecto de dilución que favorece la adsorción en el suelo de los cationes divalentes de calcio y magnesio.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 107 2.7. Problemas que se originan por los nutrientes: Los elementos fundamentales para el desarrollo de las plantas son el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio, magnesio y hierro además de los imprescindibles, es decir, el carbono, hidrógeno y oxígeno –aire y agua-. También son necesarios para el crecimiento de las plantas el cobre, manganeso, molibdeno, zinc, boro sodio y cloro. Estos elementos llegan a la plantas a través de las raíces mediante fenómenos de ósmosis, por lo que deben presentarse en forma iónica. Los macronutrientes son; nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio. Los micronutrientes son; hierro, boro, manganeso, cobre, zinc, molibdeno. 2.7.1. El Nitrógeno: El nitrógeno forma parte de las proteínas, enzimas, vitaminas, clorofila, etc. de la planta. También se encuentra en forma de nitratos y nitritos, los cuales aumentan en concentración cuando existen problemas de síntesis de proteínas en la planta. La planta absorbe el Nitrógeno en forma de nitratos ó amonio. El primero es absorbido por la planta y se desplaza libremente en la disolución del suelo, mientras que el segundo es absorbido por los coloides del suelo (si no es absorbido pasa rápidamente a nitratos). Este elemento es un nutriente importante para las plantas, así como un estimulante del crecimiento. Por esta razón, los excesos producen un crecimiento excesivo, retrasa la maduración y aumenta la demanda de otros elementos.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 108 Las hojas se vuelven de un verde oscuro pero desciende la calidad de los frutos; además, en condiciones adversas las plantas acostumbradas a nitrógeno en exceso, son más susceptibles de sufrir alteraciones. Por el contrario, la escasez de este nutriente provoca una maduración acelerada de los frutos, los cuales serán de pequeño tamaño y poca calidad. La Figura 10. Ciclo del Nitrógeno en medio acuático
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 115 orificios muy pequeños, se forman gotas, que empapan el suelo en profundidad, aunque la superficie del suelo aparente estar seca o ligeramente húmeda. Este método de riego recibe el nombre de riego por goteo. Por otra parte, los que permiten una distribución uniforme del agua sobre el área del suelo regada son la aspersión y la inundación, mientras que en los sistemas de goteo y surcos se aplican el agua en partes concretas del terreno. En los dos primeros, se produce un perfil de salinidad cuya mayor concentración se sitúa en la zona inferior de los radios radiculares de las plantas. En el riego por surcos, las sales, además de aumentar con la profundidad, se sitúan en las zonas del suelo no alcanzadas por el agua, es decir, alcanzan las zonas más altas al ser arrastradas con el agua de capilaridad, tras la posterior evaporación de ésta. Las situadas en zonas profundas son arrastrados por el agua gravitacional que es lixiviada. En el riego por goteo, las sales se acumulan en la periferia del suelo mojado (bulbo mojado) del gotero. 2.8.2 Riego por Surcos: Este sistema se caracteriza porque la aplicación de agua se realiza por medio de unas canaletas preparadas en el terreno llamadas surcos (figura 12). El agua se reparte desde la zona más elevada del terreno hasta Figura 13. Riego por surcos
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 116 la más baja por gravedad. El surco se llena de agua que se infiltra por el fondo y los laterales de éste penetrando profundamente en el suelo pero en sentido lateral. La infiltración del agua en el suelo depende de la textura del suelo, ya que este factor controla la velocidad de infiltración de agua y la capacidad de mantener la humedad de terreno. Cuanto más rápido penetre el agua en la tierra, se produce el efecto de lateralidad en menor medida, por esta razón es importante tener en cuenta la distancia entre surcos, sobre todo si los suelos son arenosos. Existen varios factores a tener en cuenta para regar con surcos, tales como: - La separación entre surcos - La pendiente - La longitud - Situación de los surcos Respecto a la separación de surcos puede decirse que debe ser tal que permita que el agua se desplace hasta alcanzar la zona de terreno que ocupan las raíces. Para suelos arenosos, la velocidad de penetración será mayor en profundidad, si se mantienen los surcos separados unos 50 cm. Si la capa de suelo descansa sobre una capa poco permeable, reteniendo el agua infiltrada, la humectación lateral aumentaría. Figura 14. Filtración de agua en surco
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 117 En los suelos arcillosos, se alcanza la misma profundidad si se mantienen distanciados entre 100-120 cm. La pendiente que debe darse al surco para un riego eficaz, ha de ser uniforme para evitar la distribución irregular del agua a lo largo de él, al igual que para evitar la erosión y el arrastre de tierra hacia las partes más bajas. Con una pendiente adecuada no se producen encharcamientos, ni se dañan las plantas por rebosamiento de agua por los lomos. La situación adecuada de los surcos es aquella en la que son paralelos a alguna de las lindes del terreno, y paralelos entre sí; aunque cuando el terreno se halla inclinado se pueden trazar surcos en diagonal. La longitud del surco se decide en base a varios factores aunque se presentan diferentes ventajas e inconvenientes entre la elección de longitudes largos o cortos. Los surcos demasiado largos tienen como inconveniente que en terrenos con gran inclinación el riesgo de erosión es mayor y por otra parte el agua se distribuye de forma más irregular debido a que la parte inicial recibe más agua que la parte más alejada del punto de aplicación del agua. En los surcos demasiado corto, debe prestársele atención al flujo de agua pues habrá de regularse. No son operativos para manejar maquinaria de siembra, cultivo y recolección. Por todo esto la elección de la longitud de los surcos es conveniente decidirla sopesando cada una de las necesidades del usuario.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 118 2.8.3. Riego por Goteo: Se basa en un riego lento y constante de agua junto a la zona radicular de la planta, manteniendo un óptimo nivel de agua en la planta. Con este sistema las pérdidas de agua se reducen respecto a los sistemas de riego superficiales. La denominación se aplica a sistemas de riegos localizados con caudales ingferiores a 16 l/h ((Rodrigo et al., 1992) Para instalar un sistema de goteo se necesitan: - Cabezales, para la toma el agua, regulan la presión, dosifican el caudal de agua y el fertilizante. - Red de distribución, que conduce el agua hasta el punto de aplicación. Suelen ser de material plástico flexible ó semirígido. - Boquillas ó Goteros, por donde sales el agua de aplicación. Figura 15. Imágenes de sistemas de riego por goteo.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 119 El procedimiento consiste en aplicar el agua en las proximidades de la planta mojando un cierto volumen de suelo, donde ha de desarrollarse el sistema radicular. Las pérdidas de agua se producen por evapotranspiración, es decir, por la transpiración del cultivo y el efecto de evaporación, aunque esta última es de escasa magnitud debido a la aplicación localizada del agua, mientras que la transpiración puede ser mayor respecto de otros sistemas de riego debido al calentamiento que sufre el suelo seco, provocando un aumento de la temperatura del follaje. Respecto a la saturación del suelo tras el riego, el goteo no presenta problemas, ya que sólo se satura la porción de terreno húmeda, pero el resto continúa igual de aireado. Las sales que pudiese contener el suelo más las que aporta el agua de riego, se mantienen en disolución en el agua del suelo. La planta absorbe el agua junto con una pequeña parte de éstas, el resto queda en el suelo. A medida que disminuye la cantidad de agua, aumenta la concentración de sales, produciéndose el efecto osmótico que dificulta el desarrollo del cultivo. Para evitarlo el goteo debe mantenerse a un nivel alto de humedad. Figura 16. Detalle del riego por goteo en palmera
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 120 Anteriormente se ha explicado que la acumulación de sales se produce alrededor del bulbo en forma de corona; en los casos que llueve de forma ligera las sales tienden a desplazarse hacia el interior del bulbo, por esta razón no es raro ver que se riegue a la vez que llueve ó tras la lluvia, ya que así se consigue disminuir la salinidad en la zona de concentración de las raíces. A la hora de fertilizar, se disuelven los fertilizantes en el agua de aplicación al bulbo. 2.8.4. Riego por Inundación: Este método también recibe el nombre de Riego por Compartimentos (foto 2.6). Consiste en la aplicación del agua de riego sobre el terreno nivelados y dividido en diferentes compartimentos por medio de pequeños diques . Figura 17. Sistemas de riego por inundación
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 121 En este método se aplica agua de forma continua sobre el suelo, manteniéndola en el interior de dichos compartimentos, lo cual es adecuado si los suelos son arcillosos, de poca capacidad de infiltración, ya que permiten retener el agua durante mayor tiempo, pero debe tenerse en cuenta que un encharcamiento excesivo produce la asfixia de las raíces. En caso de suelos arcillosos, los compartimentos deben ser pequeños ya que así se garantiza un reparto más uniforme en estos suelos permeables. Existen dos modalidades de riego por inundación: - Encharcamiento continuo, donde el fluir del agua es continuo (caso de arrozales). Si el terreno en de pendiente uniforme se suministra el agua de forma independiente a cada uno desde el punto de partida del agua, Mientras que cuando el terreno se distribuyen en diferentes niveles se deja escurrir el agua desde los más altos hasta los más bajos - Encharcamiento intermitente, si el sector a regar se divide en varios compartimentos ó eras, y el agua se aplica por medio de una reguera a la que se le han realizado unos orificios. Figura 18. Inundación contínua
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 122 Cuando la era está al nivel de agua adecuándose para de suministrarla, luego se deja que se infiltre en el suelo. Esto permite que el suelo se airee entre dos riegos consecutivos (apropiado para los caso en que se planten hortalizas). 2.8.5.- Riego por Aspersión. Como se ha explicado anteriormente, el riego por aspersión consiste en realizar una distribución del agua de riego en forma de lluvia. La red de riego por aspersión consta de: - Grupo motobomba, suministrador del agua a la presión necesaria - Red de distribución, conductora del agua hasta el punto de aplicación. - Aspersores, repartidores del agua a presión La aspersión presenta diferentes ventajas e inconvenientes. Entre las ventajas podemos nombrar: - El reparto de agua es uniforme Figura 19. Inundación intermitente
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 123 - Puede usarse en suelos de cualquier naturaleza, sin necesidad de preacondicionamiento del terreno - Puede usarse para todo tipo de cultivos - Se ahorra agua y mano de obra - El fertilizante se reparte junto con el agua, de forma uniforme - Las partes aéreas de las plantas se limpian de polvo Entre los inconvenientes encontramos: - El coste de instalación es elevado. - Los poros de salida pueden sufrir obstrucciones si el agua contiene una concentración elevada de sólidos en suspensión. - El viento dificulta el reparto uniforme. 2.9. Obstrucciones en los sistemas de riego En los sistemas de riego localizados, los emisores de agua pueden obstruirse por sedimentos, sustancias químicas u organismos biológicos. Estos elementos obstructores se recogen en la tabla19. Figura 20. Riego por aspersión
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 124 Tabla 19. Elementos obstructores: físicos, químicos y biológicos Físicos (Sólidos en suspensión) Químicos (Precipitados) Biológicos (Bacterias y Algas) 1. Arena 2. Limo 3. Arcilla 4. Materia Orgánica 1.Carbonatos ( Ca y Mg) 2. Sulfatos ( Ca) 3. Metales Pesados 4. Fertilizantes 1.-Filamentos 2.-Mucílagos 3.-Depósitos Microbianos 4-.Bacterias 6.-Organismos acuáticos Las obstrucciones pueden producirse por una de estas causas, o por la combinación de varias, esto complicaría su solución. Es importante conocer las posibles causas de obstrucciones, por ello deben analizarse, en el agua de riego: - Sales inorgánicas - Sólidos en suspensión - DBO - DQO - Materia orgánica - Microorganismos - Hierro - Oxígeno disuelto El problema más común, peor más sencillo de solucionar, es la obstrucción por sólido en suspensión, los cuales consisten en partículas de varios tamaños de caliza, material sólido erosionado de los embalses y algas.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 131 Tabla 24. Valores de evaluación normales en aguas de riego blancas Parámetros Simbolo Unidad Valor normal Contenido en sales: Conductividad Eléctrica Sólidos Suspensión Totales Eca SST DS/m Mg/l 0 – 3 0 – 2000 Cationes y Aniones: Calcio Magnesio Sodio Carbonatos Bicarbonatos Cloro Sulfatos Ca+ Mg2+ Na+ CO32HCO3ClSO42me/l me/l me/l me/l me/l me/l me/l 0 – 20 0 – 5 0 – 40 0 – 0,1 0 – 10 0 –30 0 – 20 Nutrientes: Nitrato-Nitrógeno Amonio-Nitrógeno Fosfato-Fósforo Potasio NO3-N NH4-N PO4-P K+ mg/l mg/l mg/l mg/l 0 – 10 0 – 5 0 – 2 0 – 2 Varios: Boro Acidez-Alcalinidad Relación Adsorción Sodio B pH SAR mg/l 1 – 14 (me/l)1/2 0 – 2 6 – 8,5 0 - 15 NO3-N, expresa el nitrato como nitrógeno (dividéndo por factor 4,43) NH4N, expresa el amonio como nitrógeno (dividiendo por factor 1,29) PO4-P, expresa los fosfatos como fósforo (dividiendo por factor 3,06)
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REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 135 CAPITULO 3. EMPLEO DE AGUAS DEPURADAS COMO AGUA DE RIEGO 3.1. Riegos con agua depurada: La deficiencia de recursos hídricos en Canarias es cada vez más pronunciada (Plan Hidrológico Insular de Gran Canaria). Por esta razón comienza a despertar, dentro de cada uno de los afectados por dicho hecho, la convicción, (ya no idea), de que reutilizar el agua residual tratada por procesos depurativos, es cada vez más importante para prevenir estas carencias de agua. Actualmente, y pese a existir normativa para la reutilización de agua residual tratada, como agua de riego, se continúan realizando estudios sobre cómo puede afectar este tipo de agua al sistema agua-cultivo-suelo, (como sistema interrelacionado). De las depuradoras de la Zona Norte de Gran Canaria se reutilizan, en mayor ó menor medida, las agua depuradas de - Barranco Seco - Cardones - Firgas - Guía - Gáldar - Moya - Tenoya - Tejeda - Artenara.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 136 Es decir, se reutiliza agua de 8 estaciones; además en la zona Sur se reutiliza una parte del caudal depurado del EDAR de Las Burras. En el presente proyecto se estudia la capacidad de emplear como, agua de riego el agua depurada de La Mancomunidad del Sureste. Por ello es importante conocer en qué condiciones debe encontrarse un agua residual para su reuso y si el agua de esta estación cumple con esos requisitos. Es necesario seguir un patrón de evaluación. Además de cumplir con la normativa, se recurren a las necesidades de los cultivos a los cuales será destinado este agua, así como a las experiencias llevadas a cabo en esta isla. y las normativas recogidas de otros países. 3.2. Características de las aguas depuradas: Como se ha explicado, reutilizar el agua en la agricultura beneficia en gran medida al aprovechamiento controlado de las aguas blancas. Pero es importante conocer cómo es el agua depurada disponible, sobretodo para prevenir los efectos generados del uso, a largo plazo de las impurezas que pueda contener, como de los nutrientes, oligoelementos, sales etc. sobre los suelo y los cultivos. Especialmente la elevada salinidad que suele ir asociada a las aguas residuales.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 137 A continuación estudiaremos los efectos del agua depurada sobre el suelo agrícola. 3.2.1. Propiedades Físicas: Este tipo de aguas presenta un alto contenido en Sodio, esto puede convertirse en un problema si la cantidad es muy elevada, (SAR alto), debido al efecto dispersante sobre el suelo. Esto efecto se produce con más o menos intensidad dependiendo si los suelos son arcillosos ó arenosos. Por otra parte, el agua depurada es rica en Calcio y Magnesio, lo que ayuda a contrarrestar los efectos del Sodio. La conductividad eléctrica, (Eca, cuyas unidades serán en dS/m), es una forma de medir el contenido total se sales. Ésta disminuye el efecto disgregante del sodio en el suelo, y por esta causa deben estudiarse ambos parámetros conjuntamente. Existen diferentes tablas que indican los valores de SAR y Conductividad que pueden relacionarse para evaluar su efecto. El alto contenido en sales produce en los cultivos dificultades para absorber el agua del entorno, al igual que efectos tóxicos por algunos iones, (en especial sodio, cloro y boro), como se explicó anteriormente. El agua depurada aporta materia orgánica, en forma de agregados. Ésta mejora las condiciones de permeabilidad y drenaje del suelo, lo cual reduce los efectos negativos del sodio. Por esta razón los aportes de materia orgánica y demás sustancias ricas en calcio contribuyen a reequilibrar la estructura del suelo.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 138 3.2.2. Propiedades Químicas: La característica principal de las aguas depuradas, en lo que a propiedades químicas se refiere, es el aporte de elementos nutritivos, (nitrógeno, fósforo, potasio, etc.) lo que reduce la demanda abonos minerales, con la consiguiente reducción de los costos. Es muy importante controlar el aporte de nutrientes, para evitar problemas de exceso. Esto se controla con análisis periódicos que permiten conocer el grado de asimilación de nutrientes. Las aguas depuradas suelen tener un contenido de Nitrógeno que oscila entre los 1050 mg/l de Nitrógeno Total, sin considerar el procedente de los nitritos, nitratos y amonio. Del uso de aguas con fertilizantes artificiales, se obtienen resultados similares a los obtenidos por el uso agua reutilizada. El aporte de Fósforo en aguas depuradas oscila entre 5-20 mg/l niveles adecuados para cubrir las necesidades de la mayor parte de los cultivos. Un exceso de fósforo puede producir carencia de oligoelementos como el hierro y el zinc. El Potasio contenido en este tipo de aguas, oscila entre 10-50 mg/l, cantidad suficiente para los cultivo; no son comunes los problemas por exceso de K y, generalmente, es necesario un aporte de fertilización potásica complementaria ya que los cultivos presentan gran demanda de este elemento. 3.2.3. Propiedades Biológicas: Una característica positiva del uso de agua depurada, es que el aporte de materia orgánica favorece el desarrollo de microorganismos del
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 139 suelo (alguno facilitan la capacidad de extracción de agua y nutrientes del sistema radicular de las plantas), lo cual mejora las propiedades químicas y físicas de éste. Por otra parte, si el aporte de sodio fuese excesivo, se vería desfavorecido el crecimiento de estos microorganismos, al producirse condiciones anaeróbicas. 3.3 Obstrucciones en los sistemas de riego localizado: Las aguas depuradas contienen mayor proporción de materia orgánica y sólidos en suspensión, que las aguas blancas, éstos tienden a acumularse en los emisores de agua, (riego localizado), por esta razón es necesario eliminarla. Para ello se emplean métodos de decantación y/o filtración. Por otro lado, la presencia de bicarbonatos a pH en torno a 7.5, puede generar depósitos que obstruyan los sistemas de riego. Estas razones hacen necesario realizar controles y lavados de los sistemas, evitándose así la producción de problemas causados por la obturación. de los emisores de agua. 3.4. Almacenamiento de aguas depuradas en estanques: Para llevar a cabo la eliminación de microorganismos es necesario desinfectar el agua depurada que se obtiene como efluente final. Este proceso de desinfección es muy importante a la hora de acumular el agua durante un período de tiempo relativamente largo, debido a que el alto contenido de nutrientes del agua favorece la proliferación de algas y microorganismos diversos, si se llegan a unas condiciones de aireación y luz adecuadas.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 140 La proliferación de algas en los estanques de almacenamiento, puede reducirse aplicando cantidades controladas de sulfato ó permanganato de cobre. En España existe el Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas, basado en las exigencias de la Organización Mundial de la Salud y otros países más adelantados en estas técnicas, que regula la presencia de microorganismos en el agua depurada, para su posterior reuso, lo cual es lógico si tenemos en cuenta que una eliminación deficiente de microorganismos supone un riesgo de contagio de enfermedades ó procesos infecciosos. En el apartado “1.4.4. Criterios de Calidad para la reutilización de las aguas depuradas”, exponemos con detalle las condiciones establecidas en el Real Decreto y que en síntesis son las siguientes: Tabla 25. Criterios de calidad para reutilización de aguas depuradas -Nematodo intestinal < 1 - Coliformes fecales <10/100 ml - Coliformes fecales < 200/100 ml - Coliformes totales < 500/100 ml Para todos los usos del agua De agua de riego de céspedes y ornamentales con contacto directo así como para productos de consumo en crudo. De agua para riego de céspedes con acceso restringido, hortalizas para consumir sancochadas y árboles frutales. De agua de riego de cereales, cultivos industriales, forraje y pastos
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 243 Estos parámetros los pudimos determinar mediante la experiencia con el reactor a escala laboratorio. Las ecuaciones desarrolladas para la determinación de los parámetros biocinéticos estaban basadas en la experiencia del laboratorio, ensayo en el que no se estudiaba la recirculación ni la purga de forma continua. En esta sección trataremos el diseño de la planta considerando como alimentación de entrada al reactor, la alimentación combinada, que resulta cuando la alimentación inicial ( que viene de tratamientos anteriores) se suma a la fracción de recirculado que proviene de la descarga del clarificador secundario. Esto no lo considerábamos en el ensayo de laboratorio, en el cual tomamos como datos de alimentación inicial Qo y So y no como datos de alimentación combinada. Deberemos, pues, realizar los correspondientes balances para obtener las expresiones en función de la alimentación combinada. a.- Una de las variables fundamentales es MLVSS, esta es una variable que determina el diseñador de la planta, en este caso un intervalo de 2000-3000. La extracción de la producción neta de biomasa se realizaba intermitentemente, dependiendo de la cantidad de MLVSS que hubiera de extraerse para mantener la concentración dentro de los límites establecidos. En la planta real el lodo se recicla tal y como indica el diagrama de flujo del proceso. b.- Otra variable importante es la concentración de sólidos volátiles en el reciclado, Xv, u. (corriente 7).
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 244 Esta concentración se corresponde con la MLVSS de la purga, (corriente 6); esperándose una sedimentación adecuada del lodo tal que la concentración que se obtenga esté comprendida en el intervalo 10000-16000. La purga se supone continua, a efectos de cálculos en los balances de materia. En condiciones de equilibrio, la acumulación de lodos en el reactor debe ser nula por lo que la producción de lodo se elimina mediante el proceso de purga. 5.4. Ecuaciones de diseño que dependen de la alimentación inicial: Como se ha indicado, las expresiones obtenidas anteriormente, para realizar el ensayo en el laboratorio, no tenían en cuenta la alimentación combinada. Es por ello, que se establecerán aquí las nuevas relaciones en función de la alimentación inicial, pero entendida como QF y no como Qo. Las expresiones calculadas con anterioridad pueden encontrarse en la sección de la formulación del reactor continuo. 5.4.1. Balances de Materia para los Caudales: La Relación de recirculación, r se define como el siguiente cociente: QR / QF por lo tanto: QR = r * QF En la alimentación combinada tenemos que: Qo = QF + QR ⇒ Qo = QR + (r * QR) = QR * (l + r )
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 245 Este caudal, Qo, que entra en el reactor es igual al caudal de salida; y a su vez el caudal de salida del reactor se separa en el caudal que sale como efluente final, Qe, y en que se descarga en el clarificador secundario, Qu; es por esta razón que también: Qo = Qe + Qu En la descarga del clarificador secundario podemos establecer que los caudales de salida del clarificador se dividen en el caudal que se purga y el caudal que se recircula: Qu = QR + Qw ⇒ Qu = (QF * r) + Qw Resumiendo: Qo = Qe + Qu = QF + QR = Qe + QR + Qw Y si ocurre que: QF + QR = Qe + QR + Qw podrá decirse que: QF = Qe + Qw 5.4.2. Balances de Materia para So: So es la DBO soluble combinada y se calcula mediante un balance de DBO alrededor del punto que en el diagrama de flujo se indica con la letra A. Este punto en donde convergen la alimentación fresca y la recirculación. DBO entrada = DBO salida - La DBO entrada = DBO fresca + DBO recirculada, por lo tanto: DBO entrada = SF * QF + Se * QR
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 246 - La DBO a la salida corresponde a la alimentación combinada: DBO salida = So Qo Si tenemos en cuenta, por los balances de caudal, que QR = r * QF, en condiciones de equilibrio tendríamos el siguiente balance: SF * QF + Se * QF * r = Qo * So es decir que: QF * (SF + Se * r) = Qo * So; de donde So = [QF * (SF + Se * r)]/Qo En los balances de caudales puede determinarse que Qo = QF * (1 + r), entonces: So = (SF +Se * r)/(l + r) La DBO consumida en el reactor es (So - Se) por lo que teniendo en cuenta esta diferencia, operando correctamente, obtendremos: (So - Se) = (SF - Se) / ( 1 + r) 5.4.3. Balances de Materia para obtener Xv.o v Xnv,o: Realizando, alrededor del punto de unión de la corriente 1 y la corriente 7( el punto A), un balance de sólidos en suspensión volátiles y no volátiles, obtendremos que: VSS entrada = VSS salida
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 247 VSS entrada = QR * Xv,u + QF * Xv,F VSS salida = QO * X v,o En el equilibrio se establece que: Qo * Xv,o= QR * Xv,u + QF * Xv,F QR = r * QF ; por lo tanto: Qo * Xv,o = QF * r * X v,u + QF * Xv,F = QF *( Xv,F + r * Xv,u); de lo que se deduce que: Xv,o = (QF/Qo) * (Xv,F + r * Xv,u) ⇒ Xv,o = (Xv,F + r * Xv,u) / ( 1+ r ) De forma similar se consigue, para el balance de sólidos no volátiles que: Xnv,o = (Xnv,F + r * Xnv,u) / ( 1+ r ) 5.4.4. Ecuaciones de diseño de las Relaciones Cinéticas.- Ecuación de la velocidad específica del consumo de sustrato, q: Si antes definíamos el volumen del tanque como V = Qo * th (donde th era el tiempo hidráulico de residencia), por lo que V / Qo = th ( tiempo hidráulico de residencia)
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 248 Ahora será: V= QF * t ( donde t tiempo de residencia de la alimentación fresca, es un tiempo ficticio), por lo cual: V / QF = t (donde t tiempo de residencia de la alimentación fresca, es un tiempo ficticio) Con la nueva definición de tiempo ficticio determinamos la expresión de la velocidad de consumo de sustrato, q Antes la escribíamos como: q = (So-Se) / (th * Xv,a) = k * Se Si tenemos en cuenta que con los balances de materia descritos: Qo=QF+QR=QF(1+r) y (So-Se) = (SF-Se)/( 1+r); La expresión de q quedará como sigue: q = [( SF -Se) / ( 1+ r)] / [th*Xv,a] Como th = V/Qo = V/QF(1+r) = t/(1+r) q = (SF-Se) / [t* Xv,a] = k*Se 5.4.5. Ecuación de diseño de la producción neta de biomasa: Supongamos por un momento que pudiésemos estudiar por separado cada una de las dos corrientes que entran en el reactor en forma de alimentación combinada. Esto podríamos verlo mejor dibujado:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 249 (Nota: Recordar que: Qo = QF + QR = QF * ( 1 +r) y QR = r * QF ) Figura 44. Diagrama teórico de un reactor biológico Haciendo una interpretación física del diagrama, vemos la corriente de recirculación, no varía sus características, puesto que entra y sale con el mismo caudal y concentración de DBO soluble; mientras, la corriente de alimentación fresca si pasa de tener una DBO soluble a la entrada a tener otra de salida. De estas dos corrientes hipotéticas separadas, extraemos la conclusión de que el lodo biológico que se sintetiza en el reactor se debe fundamentalmente al aporte de la alimentación fresca, pasando la SF a ser Se. En el caso del reactor del laboratorio, se dedujo que la expresión de la producción neta de biomasa era: ∆Xv=Y*(So-Se)*QoKd *V*Xv,a _ Con las condiciones de recirculación tendríamos la expresión corregida: ∆xv =Y*(SF-Se)*QFKd *V*Xv,a El primer miembro de esta expresión indica que la producción de lodo biológico en el reactor se deriva de la alimentación fresca ( como vemos, no incluye parámetros dependientes de R sino de F)
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 250 El tiempo ficticio, t, descrito en el anterior apartado, simboliza el tiempo que la corriente ficticia separada de alimentación fresca permanece en el interior del reactor. En los procesos de lodos activados este tiempo t oscila entre 4-8 horas. 5.4.6. Ecuaciones de diseño de la utilización de oxígeno: En las expresiones obtenidas sin considerar la recirculación como parte de la alimentación al factor, la expresión que nos indicaba la utilización de oxígeno era Kg O2/dia = a * (So-Se) * Qo + b * V * Xv,a Pero teniéndola en cuenta la expresión cambia para quedar: Kg O2/dia = a * (SF-Se) * QF + b * V * Xv,a El primer término de esta expresión es análogo al primer miembro de la expresión de la producción neta de biomasa; representa el oxígeno utilizado por la corriente hipotética separada de alimentación fresca. 5.4.7.Ecuación de diseño de la relación A/M Antes : A/M = (So * Qo) / (Xv,a * V) = So / (Xv,a * th ), Teniendo en cuenta que el aporte de sustrato lo realiza la corriente ficticia de alimentación fresca separada, La ecuación modificada queda A/M= SF/(Xv,a*t) Donde la relación óptima de A/M me permite calcular que: t = (A/Mopt*Xv,a) /SF siendo t = f (QF)
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 251 5.5. Balances de Materia para obtener la Producción total de Iodos: En este apartado se van a establecer los balances de materia que permitirán determinar la cantidad de sólidos e suspensión volátiles y no volátiles en la corriente de purga (corriente 6). Para lo cual se estudiarán los sólidos en suspensión de toda la planta. 5.5.1. Balances de Materia de los Sólidos en susp. volátiles: Condiciones de partida: a. La concentración de MLVSS del reactor, Xv,a, en el equilibrio se establece en un valor entre 2000 - 3000 mg/l. b. La producción de biomasa por la síntesis del sustrato en el reactor viene dada por la expresión: Kg MLVSS prod. = Y * (SFSe) * QF. ya que : Kg MLVSS producidos = Y * Kg de DBO consumida c. La biomasa perdida por endogénesis se expresa por: Kg MLVSS perdidos = Kd * V * X v,a d. La alimentación inicial contiene una concentración de sólidos en suspensión volátiles despreciables; X,vF ≈ 0 Esta aproximación puede hacerse sin grandes consecuencias para el diseño ya que agua arriba al reactor la aireación suministrada al sistema es inapreciable, por lo que la posibilidad de desarrollo de biomasa no es significativo.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 252 e. La biomasa que se purga se expresa mediante: Qw * Xv,u f. La parte de sólidos que se pierden por el rebosadero del clarificador secundario, ha de ser pequeña (Qe * Xv,e) En las condiciones de equilibrio: VSS entran = VSS salen VSS entran = VSS síntesis en reactor + VSS alimentación inicial VSS entran = Y * (SF – Se) * QF + QF * Xv,F VSS salen = VSSpurga + VSS perd. Endogénesis + VSS perd. Rebosadero VSS salen = (Qw * Xv,u) + (Kd * Xv,a * V) + (Qe * Xv,e) Por lo tanto: Y * (SF-Se) * QF + QF * Xv,F = (Qw * Xv,u) + (Kd * Xv,a * V) + (Qe * Xv,e) (Qw * Xv,u) = [Y * (SF – Se) * QF – (Kd * Xv,a * V)] – (Qe * Xv,e) + QF * Xv,F; (VSS)w = (QW * Xv,u) = ∆xv – (Qe * Xv,e) + QF * Xv,F; Los sólidos en suspensión volátiles igualan a los que se pierden en el rebosadero del clarificador, los que llegan con la alimentación inicial y los que se producen con la oxidación del sustrato.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 259 2. Peso perdido en el efluente: Debe recordarse que el efluente total = Qe + Qw = QF Las concentraciones de P y N solubles presentes en el efluente se estiman, respectivamente, iguales a 1,0 y 0,5 mg/1 . Por esto: N : (1,0 * QF * 86,4) Kg/d P: (0,5 * QF * 86,4 ) Kg/d ( 86,4 es el factor que resulta al unificar las unidades). En resumen: N requerido: (1,0 * QF * 86,4 ) + (0.12 * ∆Xv) Kg/d P requerido: (0,5 * QF * 86,4 ) + (0.02 * AXv) Kg/d Las cantidades disponibles de estos nutrientes son N disponible: 86,4 * QF * (NTK) Kg/d P disponible: 86,4 * QF * (P) Kg/d (NKT) indica el nitrógeno total Kjeldahl en la alimentación inicial en mg/1 (P) indica el fósforo en la alimentación inicial en mg/1 En el caso de que las cantidades disponibles fueran mayores que las requeridas, no se añadirían cantidades de estos nutrientes, pero si se diese en caso contrario, la adición de las cantidades deficitarias se realiza en forma de:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 260 NH3, anhidro ó acuoso, PO4H3 ó PO4 NH3. 5.10. Neutralización: El pH al que la actividad bacteriana es adecuad, se halla entre 6 y 8 , por lo cual es necesario comprobar si el agua que entra en el reactor necesita de una neutralización previa. Algunas aguas alcalinas no necesitan ser neutralizadas ya que el CO2 producido por la degradación bacteriana, reacciona con los grupos OH, presentes debido a la alcalinidad, para formar bicarbonato (HCO3), taponándose el sistema a pH 8 aproximadamente. El cálculo realizado estima que se consumen del orden de 0,5 Kg de alcalinidad, expresada como CaCO3, por cada Kg de DBO consumida. 5.11. Estudio del efecto de la temperatura: 5.11.1. Estimación de la temperatura de operación del Reactor Biológico: Las variaciones que sufre la constante de la ecuación cinética del consumo de sustrato, k , con las variaciones de temperatura, pueden describirse con un modelo matemático que sigue la ecuación de Arrhenius, determinándose que cada aumento de 10°C hace que el valor de k se duplique; pudiéndose expresar por medio de la siguiente ecuación: (Tw -20) kTw = k20 Φ donde Tw representa la temperatura el agua residual en el interior del reactor, en °C, k20 es el valor de la constante a los 20°C, determinado experimentalmente en el laboratorio, y Φ es un valor empírico igual a 1,03. (El efecto que la temperatura ejerce en los parámetros biocinéticos no es tan determinante, no obstante se le dedicará el apartado siguiente 10.2).
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 261 Es importante conocer la temperatura a la que opera el reactor biológico con el fin de corregir la constante de la velocidad k que se ha hallado en el laboratorio, hasta la temperatura real de trabajo. Si se pudiera determinar un rango de trabajo de la temperatura de operación del reactor, Tw, el problema que supone realizar estas correcciones se vería simplificado. Estableciendo un balance térmico en el reactor, podemos estimar la temperatura de operación, Tw de la siguiente manera: Supongamos la figura siguiente, en la que se representa la situación térmica real, a la izquierda, y la hipotética, a la derecha, en la que se divide la alimentación total que se introduce al reactor en dos corrientes ficticias, una la de alimentación fresca, otra la de recirculado. Figura 45. Variaciones hipotéticas de temperatura el reactor La nomenclatura que se usa en este gráfico define los términos siguientes: Qo: Caudal de alimentación combinada entrante y saliente del reactor
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 262 QF: " fresca, separada hipotéticamente, entrante en el reactor QR: " reciclada , " " , entrante en el reactor Ta: Temperatura ambiente, °C TF: Temperatura de la alimentación fresca, °C Tw: Temperatura del licor y del efluente de salida del reactor Para hacer el balance térmico debemos definir también: h : Es el coeficiente de transferencia de calor entre la masa de licor del reactor y el calor ambiental, expresado en Kcal / ( h * m2 * °C ) C : Es el calor específico del licor mezclado del reactor, que tomamos igual a 1,0 Kcal/(Kg*°C) mF: Es el caudal másico de la alimentación fresca, expresado en Kg/h para lo cual hacemos: mF = QF (m3/s) * 1000 (Kg/m3) * 3600(s/h) = 3,6 * 1016 * QF A : Es la superficie de transferencia el licor en la balsa de aireación , se expresa en m2 En el equilibrio deben igualarse en cambio entálpico que tiene lugar en el afluente con las pérdidas de calor que sufre el ambiente; es decir: - ∆H afluente = mF * (TFTw) = 3,6 * 10↑6 * QF * (TFTw) ; Kcal/ h - Pérdidas de calor = h (Kcal / ( h * m2 * °C )) * A ( m2) * (Tw-Ta) °C = = h * A * (Tw-Ta) ; Kcal/ h
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 263 En el equilibrio: 3,6* 10↑6 * QF * (TFTw) = h * A * (Tw-Ta) ; Kcal/ h Para abreviar la expresión, podemos llamar: F = h / 3,6* 10↑6; y despejando Tw obtendremos: Tw = (A*F*Ta + QF*TF) / (A*F +QF) Las variables de las que depende el valor del coeficiente de transferencia de calor, h, son: La humedad relativa del aire, la velocidad del viento, la radiación solar, la geometría de la balsa de aireación y la potencia requerida para los arreadores, siendo ésta la de mayor importancia para el caso de reactores lodos activos. Teniendo en cuenta que la cantidad de calor liberado por 1CV en una hora para un cambio de temperatura de 1°C es de 1134 Kcal / (h * °C * CV), podemos establecer la igualdad de h * A = 1134 * CV; (CV =potencia requerida) Por lo que la ecuación, en el equilibrio, puede escribirse como: 3,6* 10↑6 * QF * (TFTw) = 1134 *(CV)* (Tw-Ta) ; Kcal/ h Y al despejar ahora Tw se obtiene que: Tw = [(3,6*10↑6 *QF * TF) + (1134 * Ta )] / [(3,6 * 10↑6 * QF) + (1134 * CV)]
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 264 Para la determinación de la temperatura de operación en la balsa de aireación, Tw, debemos suponer un valor de potencia; para no escoger valores dispares se tomará uno ajustado una expresión dada: Tenemos que: CV ≈ (Kg DBO /d)/[ (30 a 32) * Kg DBO/(CV *d)] Esta regla de estimación se extrae del hecho de que en una planta de lodos activos, se consumen al día de 30 a 32 Kg de DBO por CV. Kg de DBO = 86,4 * QF(m3/s) * (SFSe)(mg/1) Es por esto que el valor de potencia, para iniciar el cálculo iterativo se tomará ajustado a la expresión CV = 86,4 * QF * (SF-Se) / ( 30 a 32 ) Con el resultado, se calcula el valor aproximado de Tw. Con el valor de Tw se recalcula el valor de potencia requerida hasta conseguir una mínima desviación entre dos pares consecutivos de CV y Tw. Más adelante se determinarán las expresiones que permitan realizar un cálculo más exhaustivo de la potencia requerida, ya que sólo podremos conocerla en etapas posteriores al diseño de la balsa de aireación. Por esta razón es necesario hacer una estimación preliminar, ( luego se ajustarán los valores). 5.11.2. Efecto de la temperatura sobre los parámetros biocinéticos: Recordemos qué parámetros vamos a considera en esta sección: - kd : coeficiente de descomposición microbiana;
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 265 - b : Kg de oxígeno usados por día y por Kg de MLVSS en el reactor en la fase endógena Los parámetros a y Y no se estudian en esta sección por que no son muy sensibles a las variaciones de temperatura. De cualquier forma, es de elevada dificultad estimar este efecto sobre estos parámetros, por lo que, en lo que al diseño de las plantas de fangos activos, se suponen independientes de ésta. Al igual que la ecuación de la constante de la velocidad de consumo, se ha determinado que dentro de los márgenes normales de temperatura de operación, tanto Kd como b, presentan variaciones con la temperatura, que pueden describirse mediante la ecuación de Arrhenius; es decir: para Kd: (Tw -20) Kd,Tw = Kd,20 Φ para b: (Tw -20) b,Tw = b,20 Φ Donde Tw representa la temperatura el agua residual en el interior del reactor, en °C, y Φ es un valor empírico comprendido entre 1,03 y 1,06. 5.12. Balances de materia para la determinación de Sólidos No Volátiles en Suspensión: Ahora estudiaremos este parámetro en las diferentes zonas de la planta. Para ello, el proceso consiste en tomar una fracción de sólidos en suspensión volátiles a la salida del reactor y dentro de él, que designaremos como Fv, siendo:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 266 Fv = Xv,a /( Xv,a + Xnv,a) Al diseñar una planta se estima que la concentración de los sólidos volátiles en el reactor ha de oscilar entre un 70 - 90 % esto significa que: 0.7 < Fv < 0.9 Normalmente Xv,a está predeterminada por el diseñador en un valor entre 2000 - 3000 mg/l, (en las plantas de lodos activos convencionales); sin embargo Xnv,a es un valor que se calcula. Si despejamos Xnv,a de la ecuación, obtenemos que: Xnv,a = ( 1-Fv) / Fv = Xnv,o El valor de los sólidos no volátiles en el interior del reactor y a la salida de él es similar, se establece así. El valor de Xnv,u se puede obtener haciendo un balance de materia no volátil alrededor del clarificador secundario. Es necesario conocer de antemano la pérdida de sólidos no volátiles en el efluente del clarificador; lo ideal es que se diseñe para una captura del 100% de los sólidos, lo que significaría que Xnv,e ≈ 0. Si hacemos el balance: Qo * Xnv,a = Qe * Xnv,e + Qu * Xnv,u
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 267 despejando Xnv,u Xnv,u = [ QF* ( 1+ r) * Xvn,a - Qe * Xnv,e] / Qu Al realizar las aproximaciones correspondientes, tendremos: Xnv,u ≈ (QF * (r + 1) * Xnv,a)/Qu Estableciendo otro balance de materia alrededor del punto de unión entre la alimentación fresca y la corriente de recirculado, se obtiene: QF * Xnv,F + QR * Xnv,u = Qo * Xnv,o = Qo * Xnv,a Despejando Xnv,F; Xnv,F = (r + 1) * Xnv,a – Xnv,u En el caso de existir un clarificador primario, Xnv,f sería la concentración de sólidos no volátiles que contendría el agua, por lo que podemos dimensionar este clarificador, con esta pérdida de NVSS por el rebosadero. 5.13.- Determinación de la Edad del Fango El término edad del fango, ϑ, se define como la relación entre l masa de VSS del sistema y la producción neta de biomasa. Estudiaremos su utilidad para regular y controlar las condiciones de operación de la planta.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 268 Para determinar la expresión de la edad del fango recordemos que la cantidad de sólidos volátiles contenidos en la purga lo determinábamos mediante la expresión: (Qw * Xv,u) = [Y * (SF – Se) * QF – (Kd * Xv,a * V)] – (Qe * Xv,e) + QF * Xv,F y que esto se traduce en: ∆Xv = (Qw * Xv,u) + (Qe * Xv,e) – (QF * mXv,F) La edad del fango será: ϑ= Xv,a * V/∆Xv ϑ = (Xv,a * V) / [(Qw * Xv,u ) + (Qe * Xv,e) - (QF * Xv,F)] Obsérvese que la expresión de la edad del fango se corresponde con la expresión de la velocidad específica de crecimiento de la biomasa, pero a la inversa, esto es: ϑ = Xv,a * V/∆Xv = 1/µ ya que: µ = (∆Xv/Xv,a)/V Podemos decir, que la edad del fango es un parámetro que permite controlar el crecimiento de la biomasa, en una relación inversamente proporcional. La velocidad específica de crecimiento de la biomasa, µ, también puede expresarse en forma de ecuación lineal , siendo: µ = Y * q - Kd;
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 275 Figura 46. Transferencia de oxígeno La ecuación que controla la transferencia de oxígeno es: (ϕM / ϕ t = - D * A * ϕ C / ϕ xf ϕ es el símbolo de la derivada parcial ϕ M / ϕ t es la velocidad de transferencia (kg/h) D es el coeficiente de difusión ( m2/h) A es el área de contacto superficial entre la fase líquida y la fase gaseosa(m2) ϕ C / ϕ xf es el gradiente de concentración de oxígeno (kg/(m3 * m)) La concentración de oxígeno es una variable que depende no sólo del espesor de la película de líquido sino también del tiempo. Como el espesor de dicha capa es muy pequeño podemos realizar una aproximación línea, de tal forma que el diagrama quedaría así:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 276 Figura 47. Transferencia de oxígeno aproximada Y la ecuación de transferencia quedaría de la forma que sigue: dM / dt = ( -D * A * (C-Cs)) /xf dM / dt = (D *A* (Cs-C) ) /xf Llamando a la capacidad de oxigenación CO; y dividiendo ambos miembros de la igualdad por el volumen de la masa de líquido obtenemos: CO = (dM / dt) * (1/V) = KL* a * (Cs-C) (dM/dt)*(1/V) se expresa en (masa)/(tiempo * volumen) es decir, expresa concentración / tiempo, es decir dC /dt D/xf = KL, es el coeficente de transferencia de oxígeno A/V es el área de contacto interfacial por unidad de volumen (1/M) La expresión queda de la siguiente forma: Para agua corriente: CO = dC/dt = Kla * (Cs-C) Para agua residual: CO = dC/dt = Kla * (Csr-C)
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 277 La determinación del coeficiente Kla se realiza conjuntamente, por métodos experimentales en condiciones de aireación estacionario y transitorio. Su determinación permite evaluar los equipos de aireación. La relación entre el coeficiente Kla del agua residual y el del agua corriente se expresa con el símbolo a y su valor suele ser menor de la unidad. α = (Kla agua residual / Kla agua corriente) 5.15.3. Relación entre las Capacidades de Oxigenación en las condiciones de referencia y en las reales: Como condiciones de referencia se toman: T'a = 20 °C; P = 760 mmHg; OD = 0 mg/1 Para obtener la capacidad de oxigenación, CO, en otras condiciones de temperatura y OD, la expresión a emplear será: (CO) real = (dC/dt) real = (Kla) T,real * (Csr -C) En las condiciones de referencia: (CO) ref = (dC/dt) ref = (Kla)20,ref * (Cs760-0) La relación entre ambas expresiones será: (CO) real/(CO) ref = [(Kla) T,real /(Kla)20,ref ] * [(Csr -C)/9,2] 9,2 es el valor de Cs760 para 20°C
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 278 Podemos realizar diferentes correcciones de esta expresión, teniendo en cuenta: 1.- La temperatura: Afecta a esta expresión en cuanto que la relación Kla a 20 °C puede ser relacionada con otra a cualquier temperatura, T , por la expresión: Para agua corriente: (T-20) Kla,T = Kla,20 * θ Para agua residual: (T-20) Kla r,T = Kla r,20 * θ θ = 1,024; es un valor empírico La relación de las capacidades de oxigenación tendrá ahora la forma siguiente: (T-20) (CO) real / (CO) ref = [(Kla)r,20 /(Kla)20] * θ * [(Csr - C) / 9,2 ] 2.- Los sólidos disueltos: Por un lado: β = Csr / Cs ; y por otro: α = (Kla agua residual / Kla agua corriente) Crs = Cs * β = (Kla r,20 / Kla 20)
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 279 Por lo tanto: (T-20) (CO)real / (CO)ref = α 20 * θ * [((Cs * β) -C) / 9,2 ] 3.- La presión: 3. I. -Caso de aireación superficial: Para indicar la saturación para agua corriente en la zona superficial denominamos a Cs como Cs,s. Si dijimos que : Cs/Cs760 = (P-Pv)/(760-Pv), la expresión queda: Cs,s / Cs,s760 = (P - Pv) / (760 - Pv), y de aquí: (T-20) (CO)real / (CO)ref = α 20 * θ * [(Cs,s 760 * [(P-Pv) / (760-Pv) ]* β)-C ) / 9,2] 3.2.-Caso de aireación por burbujeo: Para indicar la saturación para agua corriente en la aireación por burbujeo, denominamos a Cs como Cs,m. Cs,m ≈ Cs,s * [(Pb / 2,066) + 0,5] Pb es la presión en la descarga del compresor (T-20) (CO)real / (CO)ref = α 20 * θ * [(Cs,s* [(Pb / 2,066) + 0,5]* β) -C ) / 9,2 ]
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 280 5.15.4.- Rendimiento en la transferencia de oxígeno de las unidades de aireación: El rendimiento de transferencia se representará como RT. RT se expresa como la cantidad de oxígeno transferido realmente por la energía empleada: RT = Kg O2 transferidos / ( CV*h ) Para motores trifásicos la fórmula de la potencia nominal del aireador viene dada por: CV = A * Y * Rm * Rr * [cos [(FP * 3 ↑(0.5)) * (1/746)] ] A es la intensidad V es la tensión de la línea Rm es el rendimiento del motor Rr es el rendimiento del reductor 1/746 es el factor de conversión de vatios a CV El RT de los aireadores superficiales oscilan entre 1 y 1,5 Kg 02 / CV*h Los rendimientos de transferencia en condiciones reales y de referencia pueden relacionarse como se hizo con la capacidad de oxigenación , siendo la expresión similar: (T-20) (RT)real / ( RT) ref = (CO)real / (CO)ref = α 20 * θ * [((Cs,s * β ) -C) / 9,2] La determinación de esta relación se halla para la temperatura crítica de verano y de invierno.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 281 En cuanto a la transferencia de oxígeno, la temperatura que controla el proceso suele ser la de verano, ya que a temperaturas mayores la dificultad para mantener una cantidad de oxígeno disuelto adecuada, se acentúa. La correlación existente entre el rendimiento de transferencia en relación con el nivel de agitación (CV/m3) al que se somete la masa líquida, suele ajustarse a una relación lineal: (RT) ref = (S * Pc ) + (RT) m S es una constante característica del equipo de aireación Pc es la potencia en CV por m3 de líquido del tanque de aireación (RT)ref es el rendimiento en la transferencia de oxígeno en condiciones de referencia y expresado en KgO2 transf. / (CV*h) (RT)m es el oxígeno transferido al agua corriente en las condiciones de referencia con turbulencia nula, expresado como KgO2 transf./(CV * h). Este valor correspondería a la ordenada en el origen de la recta.
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REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 291 Xv,a = 3000 m g / l 6.2.2.2. Determinación de la Producción de Biomasa : g/d = (SSVs -SSV 1 ) *V reactor / días g/d = (3,452-1,8472) * 14 1 8 = 2,8084 gl d 6.2.2.3.Determinación del caudal (Qo): Qo = litrosl horas =32, 5 116,8 = 1 , 935 l / h 6.2.2.4.Determinación del tiempo de retención hidráulico: tr (horas) = V reactor / Qo = 14 1 1,935 = 7,237 h 6.2.2.5.Determinación de la DB05; A = (V blanco - V gastado) * 0,024 * 8 B = A * Botella C= Vsiembra* Vmuestra corregido DB0 5 = (B * 1000)/ C m g /l
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 292 Día ftnal(So}: Día :ftn ' al(Se) : V botella : 250 ml V muestra : 25 ml ( 25,2) V siembra: 1 ml V blanco : 1,06 ml V gastado tio s ulfato: 0 , 46 ml N tiosulf: 0 , 024 A = (1,060,46) * 0,024 * 8 = 0 , 1152 V b o tella : 250 mi V muestra : 25 ml ( 25 , 2) Vsiembra : 2 mi V blanco : 1,06 ml V gastado tiosulfato: O,7 mi N tiosulf: 0 , 024 A = (0 , 80 - 0,7) * 0,024 * 8 = 0 , 0192 B = A* 250 = 28,2 B = A* 250 = 4,8 C = 1 * 25,2 = 25,2 C = 2 * 25,2 = 50,4 DB05 = (28,2 * 1000) 1 25,2 DBOs = (4,8 * 1000) 1 50 , 4 DB0 5 =1143 mg/l DB05 = 95 m g/ l 6.2.2.6. Determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Después de 30 minutos: Después de 30 minutos: IVL = ml Probeta / SST (gi) IVL = 210 1 3,523 = 60 ml/g 6.2.2.7 . Determinación de la Velocidad de Utilización de Oxígeno:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 293 Tabla 44. Velocidad utilización oxígeno. Ensayo 2 . VUO = 0 , 0982 mg*min /litro = 5,892 mg * h l litro 6.2.3. ENSAYO 3: 6.2.3.1. .Determinación de los Sólidos en suspensión volátiles: Para la obtención del valor medio de los Sólidos en suspensión volátiles, Xv,a, (SSV), se calcula la media de los valores obtenidos durante los días que dura el ensay o : Tabla 45. Valores medios de sólidos en suspensión. Ensayo 3 Xv,a = SSV medio = (2587+2602+2748+2935+3349+3815) / 6= 18036 / 6 Xv,a = 3006 mg/l
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 294 6.2.3.2. Deternúnación de la Producción de Biomasa: g/d = (SSVs -SSV 1 ) *V reactor / días g/d = (3,8152,587) * 14 18 = 2,149 g/ d DB05 = (B * 1000) / C mg/l 6.2.3.3.Determinación del caudal (Qo): Qo = litros / horas= 30 /16,8 = 1,786 l/h h 6.2.3.4.Deterrninación del tiempo de retención hidráulico: tr (horas) = V reactor / Qo = 14 / 1,786 = 8 , 12 h 6.2.3.5.Determinación de la DB05: A = (V blanco - V gastado) * 0,024 * 8 B = A * Botella C= Vsiembra* Vmuestra corregido
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 295 Día ftnal(So): Día ftnal(Se}: V botella: 250 mi V muestra : 25 ml ( 25 , 2) Vsiembra : 1 ml V blanco : 0,82 mi V gastado tiosulfato: 0,26 ml N tiosuif: 0,024 A = (0,820,26) * 0,024 * 8 = 0,10752 V botella: 250 ml V muestra : 25 ml ( 25 ,2 ) V siembra : 2 mi V blanco : 0,88 ml V gastado tiosulfato: 0,8 ml N tiosuif: 0,02425 A = (0,88 - 0,8) * 0,02425 * 8 = 0,01552 B = A* 250 = 28,2 B =A* 250 = 3,881 C = 1 * 25,2 = 25,2 C = 2 * 25,2 = 50 , 4 DB0 5 = (28,2 * 1000) 1 25,2 DBO5 = (3,881 * 1000) 1 50,4 DB0 5 = 1 067 mg/l DB05 = 77 mg/l
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 296 6.2.3.6. Determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Después de 30 minutos: IVL = ml Probeta 1 SST (gr) IVL =190 1 4,419 = 43 ml/g 6.2.3.7. Determinación de la Velocidad de Utilización de Oxígeno: Tabla 46. Velocidad utilización oxígeno. Ensayo 3 VUO = 0,0929 mg * min /litro= 5,574 mg * h l litro 6.2.4. ENSAYO 4: 6.4.2.1. Determinación, de los sólidos en suspensión volátiles: Para la obtención del valor medio de los Sólidos en suspensión volátiles, Xv,a, (SSV), se calcula la media de los valores obtenidos durante los días que dura el ensayo:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 297 Tabla 47. Valores medios de sólidos en suspensión. Ensayo 4 Xv,a = SSV medio= ( 2916+3008+2816+2997+3863 ) / 5= 15600 / 5 Xv,a = 3120mg/l. 6.2.4.2. Determinación de la Producción de Biomasa: g/d = (SSV s -SSV¡) *V reactor l días g/ d = (3,863-2,916) * 14 18 = 1,6567 g / d 6..2.4.3.Determinación del caudal (Qo): Qo = litros/ horas= 27,5 /16,8 = 1,637 l / h 6.2.4.4.Determinación del tiempo de retención hidráulico: tr (horas)= V reactor / Qo = 14 / 1,637 = 8,55 h
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 298 6.2.4.5.Determinación de la DBOs: A = (V blanco - V gastado) * 0,024 * 8 B = A * Botella C = Vsiembra* Vmuestra corregido DB05 = (B * 1000)/ C mg/l Día ftnal(So): Día ftnal ( Se ) : V botella: 250 ml V muestra : 50 ml ( 50,4) V siembra : 2 ml V blanco: 2,01 ml V gastado tiosulfato: 0,03 ml N tiosulf: 0,024 A = (2,01 - 0,03) * 0,024 * 8 = 0 , 3802 V botella: 250 ml V muestra : 25 ml ( 25,2) V siembra · : 2 ml V blanco : 0,84 ml V gastado tiosulfato: O,78 ml N tiosulf : 0,02436 A= (0,800,78) * 0,02436 * 8 = 0 , 0117 B = A* 250 = 95,05 B = A* 250 = 2,925 C = 2 * 5o,s = 1oo,s C= 2 * 25,2 = 50,4 DBOs = (95,05 * 1000) 1 100,8 DBOs · = (2,925 * 1000) / 50,4 DB05 =944 mg/1 DBOs = 58 mg/1
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 299 6.2.4.6. Determinación del Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Después de 30 minutos: Después de 30 minutos: IVL = mi Probeta l SST (gr) IVL =170 l 4,250 = 40 ml / g 6.2.4.7. Determinación de la Velocidad de Utilización de Oxígeno: Tabla 48. Velocidad utilización oxígeno. Ensayo 4 VUO = 0,091 O mg*min /litro = 5,460 mg * h l litro 6.2.5. ENSAYO 5: 6.2.5.1. Determinación de los Sólidos en suspensión volátiles: Para la obtención del valor medio de los Sólidos en suspensión volátiles, Xv,a, (SSV), se calcula la media de los valores obtenidos durante los días que dura el ensayo:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 300 Tabla 49. Valores medios de sólidos en suspensión. Ensayo 5 Xv,a = SSV medio= (1973+2788+2892+3106+2846) / 5 = 15270/ 5 Xv,a = 2721 mg/l 6.2.5.2. Determinación de la Producción de Biomasa: gld = (SSVs · -SSV 1 ) *V reactor / días g/d = (2,84561,973) * 14 1 8 = 1 , 5270 g l d 6.2.5.3.Determinación del caudal (Qo): Qo = litros / horas = 26 /16,8 = 1,5476 l/ h 6.2.5.4. Determinación del tiempo de retención hidráulico: tr (horas) = V reactor 1 Qo = 14 1 1,5476 = 9,046 h
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 307 . Tabla 54. Gráfico de velocidad de utilización del oxígeno. Ensayo 2
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 308 Tabla 55. Gráfico de velocidad de utilización del oxígeno. Ensayo 3
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 309 Tabla 56. Gráfico de velocidad de utilización del oxígeno. Ensayo 4
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 310 Tabla 57. Gráfico de velocidad de utilización del oxígeno. Ensayo 5
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 311 Tabla 58. Gráfico de velocidad de utilización del oxígeno. Ensayo 6
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 312 6.4. RESUMEN DE LOS ENSAYOS REALIZADOS: Los ensayos, que se han llevado a cabo a la temperatura aproximada de 20°C, pueden agruparse según la tabla siguiente: Tabla 59. Resumen de los ensayos Estos son los datos a partir de los cuales se podrán calcular parámetros biocinéticos. Ahora puede determinarse Ro2 en las unidades en las que se va a usar : Ro2 = VUO / Xv,a Ro2 = 6.066 m g 1 (h*1) 1 3120 mg/1= 0.00194 (1/h) Ro2 = 0.00194 (1/h)
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 313 C) Datos para hallar los parámetros de Producción de Biomasa . Yy Kd: En este apartado es necesario unificar las unidades de la producción de biomasa para poder calcular el valor de µ µ = (Biomasa/Vreactor) / Xv,a Biomasa =.(5,418 gr 1 d * 1000 mg/gr) / (24 hid) = 225.8 mg/h µ = (225 . 8mg/h / 141)/3120mg/1= .005171/h µ= . ,00517 Realizando cálculos similares para cada uno de los diferentes Ensayos se obtienen las tablas siguientes en las que se resumen estos valores Tabla 60. Resumen datos ensayos.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 314 En la siguiente tabla obtenemos los valores de Ro2 (1/h) Tabla 61. Valores de Ro2 (1/h) Ro2 = VUO/Xv,a =a * q + b
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 315 En la siguiente tabla obtenemos los valores de µ (l/h) Tabla 62. valores de µ (l/h) Una vez que disponemos de estos datos, nos hallamos en disposición de realizar los cálculos necesarios para determinar, gráficamente, los parámetros Biocinéticos. 6.4.1. DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD DE CONSUMO DE SUSTRATO, K: Teniendo.en cuenta la relación: q = k* Se que representa la ecuación de una recta que corta el origen de coordenadas, podemos obtener la constante k a partir de la tabla siguiente: Tabla 3.32 Valores para obtener k
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 316 Tabla 63. Valores para calcular k k = 0,00052 (1/(h * mg)) = 0,01248 l/(d * mg) De la regresión lineal se obtiene un valor de k = 0 . 00052, con un coeficiente de correlación es · de 0 . 98 6.4.2. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE UTILIZACIÓN DE OXÍGENO. a y b: De la misma manera que el caso anterior, se realiza la regresión lineal , conociendo que:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 323 6.6.3. Reactor Biológico Se seleccionan los valores s igui e nte s : • Sólidos en suspensión volátiles (Xv,a) = 3000 mg/l • Sólidos volátiles en suspensión en el recirculado (Xv,u)= 10000 mg/ l Temperaturas del ambiente : • Verano : . 23 ºC • Invierno: l6°C Parámetros Biocinéticos • Referentes al consumo del sustrato: K = 0.00052 1 / (h * mg ) • Referentes al consumo de oxíge no: a= 0.22258 Kg Oxígeno / Kg de DBO b = 0.00072 l/h • Referentes a la fase de respiración endógena: Y = 0.10642 Kg de MLVSS producidos / Kg de DBO M = 0.00102 l/h Coeficientes de Arrhenius. θ para los parámetro s: Para el parámeto K : 1 . 03 Para los parámetros b y Kd : 1.05
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 324 6.7. CONSUMO DE SUSTRATO (KG DE DBO CONSUMIDO AL DÍA) : Kg de DBO/d = 86.4 * Qf * (SF-Se) = 86.4 * 6,94 E-3 * (825-30) = 4.767 Kg de DBO/día 6.8. ESTIMACIÓN DE LA TEMPERATURA DE OPERACIÓN DEL REACTOR BIOLÓGICO. (TW), DE VERANO E INVIERNO En primer lugar estimamos un valor de potencia ; ( podemos guiamos por la expresión: Kg DBO/d /(49-51) ) HP = 4.767 / 49.6 = 96,11 HP Tw = ((3.6 E6 * QF * TF) + (1134 * CV T amb))/((3.6E6 * QF) + (1134 * CV)) . • Tw (ver) = ((3.6 E6 * 69,4 E - 3 * 21) + (1134 * 96,11 * 23)) / (( 3.6 E6 * 69,4 E-3) + ( 1134 * 96,11)) = 21,61 ºC • Tw( inv) = ((3.6 E6 * 69,4 E-3 * 19.5) + (1134 * 96,11 * 16)) 1 (( 3.6 E6 * 69,4 E-3) + ( 1134 * 7.71)) == 18 , 43 oc Es decir: } Tw verano = 21,61 ºC Tw invierno = 18,43 ºC
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 325 Entre ambas no existe una gran diferencia , y aunque no se cometería un gran error si tomaramos un valor medio, se opta por realizar cálculos paralelos para cada una de dichas temperaturas. 6.9. PARÁMETROS BIOCINÉTICOS CORREGIDOS POR LAS TEMPERATURAS Los parámetros que deben corregirse con las diferentes temperaturas de operación, son los descritos a continuación: K = 5.2E-4 . * 1.03 " (Tw - 20) Y = O , 10642 Kg M LVSS/KgDBO Kd = 0.00102 * 1.05 " (Tw20) a = 0.22258 Kg 0 2 / Kg DBO b = 0 . 00072 * 1.05 " (Tw - 20) • Para las condiciones de verano: Tw = 21.61 ° C K (21.54) = 5.2 E-4 * 1.03 " (21.61 - 20) = 5.45 E-4 h(-1) *l/mg Kd (21.54) = '0.00102 * 1.05(21.61-20) = 0.001103 h (-1) (es decir l/h) b ( 21.54) = 0.00072 * 1.05" (21.61 -20) = 0.000779 h(-1) • Para las condiciones de invierno : Tw = 18.43 °C K(18.55) = 5.2 E-4 * 1.03 " (18,4320) = 0 . 000496 h (-1) *l/mg Kd(18.55) = 0.00102 * 1.05 " (18.43-20) = 0.000945 h (-1)
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 326 b( 18.55) = 0.00072 * 1.05 " (18.43-20) = 0.000667 h (-1) Los parámetros Y y a no depende, básicamente, de la temperatura, al se r relacione s , tal y como se explicó en la memoria descriptiva. 6.10. TIEMPO DE RESIDENCIA (TR) EN EL REACTOR:, Para la determinación del tiempo de residencia debe tenerse en cuenta aquellos factores más restrictivos, es decir: • la DBO del efluente final (Se) • las características de decantación del lodo, parámetro NM. De ambos obtendremos un tiempo de retención, se escogerá, el mayor de ellos, aunque también puede escogerse un tiempo intermedio determinado, garantizando el cumplimiento de ambas condiciones, en la medida de lo posible. Caso 1 : Si controla ia DBO del efluente ( Se ) : Se emplea para esta expresión el valor de K (constante de consumo del sustrato) invernal , por ser la que recoge las exigencias de mayor tiempo de retención. tr = (SF-Se) 1 (K inv * Xv,a *Se)= ( 825-30) 1 ( 0.000496*3000*30) = = 17.76 horas= 0.74 días Caso 2 : Si controla la decantación del fango (A/M) tr = SF/ (Xv,a * A/M opt) = 825 1 (3000 *0.92) = 0.30 días
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 327 Se observa que el tiempo del caso 1 es mayor que para el caso 2, es decir que las exigencias de DBO en el efluente controlan el tiempo de retención del agua en el reactor, así que tomamos el tr = 0.74 . días. Ahora se debe comprobar el valor de A/M correspondiente a este t r . Para ello empleamos la expresión siguiente: A/M = SF / (Xv,a * tr) = 825 / ( 3000 * 0.74) = 0.372 En el gráfico que representa A/M frente a IV L , se observa que este valor de A/M no se halla en la zona óptima comprendida entre 0 . 8491 y 1.0868. Por otro lado debe tenerse en cuenta que para lodos con concentraciones entre 850 y 3500 mg/l, una buena decantación supone valores comprendidos entre 150-35 de IVL, y para el agua que se estudia el valor máximo de IVL obtenido, no supera 100 ml /g Por las razones expuestas se tomará un valor intermedio: Los valores designados con una validez baja significan que se hallan muy distantes de cumplir con las exigencias de calidad del efluente . Los valores designados con validez media (A/M), son los que se ajustan a la exigencia de decantación del fango, correspondientes a valores de IVL < de 150 ml/g, pero que se distancian de la exigencia de 30 mg/1 de DBO en el efluente final.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 328 Los valores designados con validez media ( Se) , son aquellos que se aproximan a las exigencias de calidad del efluente pero no garantizan una óptima decantación del lodo. Consideremos el valor de A/M más desfavorable de los obtenidos, es decir, para IVL = 98, al que corresponde una relación A/M = 0.6242. Con estos datos se obtiene un tiempo de retención de 0.44dias (10.57 horas) . Para esta retención calculamos el valor que correspondería a la Se: Se = SF 1 (1 + (Xv,a *Kinv * tr(h) )) = 825 1 ( 1 + (3000 * 10.57 * 0.00049821)) = 49,11 = 49 mg/1. Este valor es superior a los 30 mg/1. Considerándo que los valores de A/M son buenos, ya que se hallan por debajo de los 150 mllg, en todo momento; podemos tomar como tiempo de retención el indicado por el caso 1, ya que para el caso que nos ocupa, la calidad del efluente es un valor más r e s trictivo . · Puede suponerse que para este tiempo de retención, la relación A/M, aunque no en sus condiciones óptimas, corresponde a un valor de IVL aceptable. Concluyendo Se considera un tiempo de retención de O.7 días = 16,8 horas. Para este valor de tiempo de retención la relación AIM se halla por encima de 0.3 6.11. DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DEL REACTOR: Se calcula dicho volumen con la expresión siguiente: V= QF * tr = 69,4 E -3 (m3/gs) * 16,8 (h) * 3600 (sg/h)= 4.197,27 m 3 Consideramos un valor de cerrado de V = 4.200 m3. Para el caudal medio de 6.000 m3 / d.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 329 6.12. CONSUMO DE OXÍGENO: Se determina el oxígeno que es necesario suministrar, tanto en las condiciones de invierno como en las de verano; las condiciones de verano controlan las necesidades d e . oxígeno. Kg 02/d = a* (SF-Se) * QF + verano* Xv,a *V Condicione s d e verano, b = 7.79 E-4 (l/h) • Kg 02/ d = (0.22258 * (825-30) * 69,4 E-3 * 86,4) + (0.000779 * 24 * 3000 * * 4200 * (0.001)) = 1296,60 Kg 02/día = 54,03 Kg 02/ h Condiciones de invierno, b= 6.67 E-4 ( 1/h) : • Kg 02/ d = (0.22258 * (825-30) * 69,4 E-3* 86,4) + (0.000667 * 24 * 3000 * * 337 * (0.00 1)) = 1262,73 Kg 02/d = 52,61 Kg 02/ h El consumo de oxígeno es ligeramente mayor en la época veraniega, pero sin diferir excesivamente del valor invernal. La similitud de las necesidades de oxígeno a las temperaturas de operación extremas se debe a que dichas temperaturas tampoco difieren entre sí; confirmando así la afirmación realizada al inicio del capítulo, dondse indicó que podría realizarse el estudio del diseño con un valor intermedio de temperatura. 6.13. PRODUCCIÓN NETA DE BIOMASA. ( XV): La biomasa producida se calcula, en esta sección a partir de la siguiente expresió n : ΔXv = (Y* (SFSe)* QF * 864) - (Kd * Xv,a *V* 0,001) Como se han determinado dos valores de Kd, (verano e invierno), se determinarán dos valores de Biomasa. . ,
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 330 Condiciones de Verano (Kd = 0.001103 1/h = 0.026472 1/d ): ΔXv-verano = ( 0.10642 * (825-30) * 69,4 E - 3 * 86.4)- (0.026472 * 3000 * 4200 * 0.001) = 173,75 kg/d = 7,23 Kglh Condiciones de Invierno (Kd = 0 . 000945 1/h = 0.02268 1/d ): ΔXv-invierno = ( 0.10642 * (825-30) * 69,4E-3 * 86.4)- 0.02268 * 3000 * 4200 * 0.001) = 221,53 Kg/d = 9,23 Kg/ h Se observa que la producción de biomasa es inferior en verano . 6.14. CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN (r ) : La expresión que permite determinar la relación de recirculación, r, es r = (QF * Xv,aXv - QF* Xv,F) / (QF * (Xv,u - Xv,a)) > Xv,F = 5,7 mg/1 ; => QF * Xv,F = 0.0317 => 69,4 E-3*5,7 * 86,4 => QF * Xv,F = 34,18 Kg/d > QF * Xv,a = 69,4 E-3 * 3000 = 208,2 (m3/sg) * (mg/1) y por tanto QF * Xv,a = 17988,48 kg/d. >(Xv,u - Xv,a) = (10000-3000) = 7000 mg/1 y por ello QF * (Xv,u - Xv,a) = 69,4 E-3 * 7000 * 86.4 = 41973 kg/d Con ésto la expresión queda de la siguiente forma : r = (34,18 + 17988,484-ΔXv)/ 1973
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 331 Ahora debe calcularse la relación r en verano e invierno, según el valor de la producción de biomasa. Condiciones de verano ΔXv = 173,75 Kg/d : r = (-34,18+ 17988,48-173,75) / 41973 = 0.4236 (42.36 %) Condiciones de invierno ΔXv = 221,53 Kg/d: r = (-34,18+ 17988,48-221,53) / 41973 = 0.4224 (42.24 %) Como vemos, una vez más coinciden los valores para las condiciones extremas de temperatura . La relación de recirculación se estima en el 42,2% 6.15. BALANCE DE CAUDALES. DETERMINACIÓN DE OR, Oo. Ow, Oe. Ou: - Caudal de recirculación (OR) : QR = QF * r = 69,4 E-3 * 0.422 = 29,29 E-3 m3/sg = 2530,38 m 3 / d - Ca ud a l de la alimentación combinada de entrada en el reactor{ O o) Qo = QF + QR = QF * (1 + r) = 69,4 E-3 * (1 + 0.422) = 98,69 E-3 m3/sg = 8526,82 m 3 / d - Caudal de purga ( Qw ) Esta expresión indica que el caudal de purga deberá calcularse en las condiciones de verano e invierno, ya que la
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 332 / producción de biomasa se ha determinado para esas condiciones. Condiciones de verano: Qw = (173,75 + 348- (69,4 E-3 * 86.4 * 30))1 ((i0000-30) * 0.001) = 2,88 m3/día = 33,28 E-3 m3/sg . · Condiciones de invierno: Qw = (221,53 + 34,8 -(69,4 E-3 * 86.4 * 30)) 1 (9970 * 0 . 001)= 7,67 m 3 / d= 88,74 E6 m 3 / sg Qw medio = 61 E-6 m3/sg = 5,2 m 3/ d Se observa que son valores muy pequeños comparados con la alimentación y recirculació n . Es importante tener en cuenta que por esta razón, el caudal de salida del clarificador secundario, Qe, será prácticamente el caudal de alimentación fresca, con lo cual puede hacerse la aproximación de que Qe ≈ QF - Caudal del efluente del clarificador secundario ( Qe ) Qe = Q FQw = 69,4 E-3 + 61 E -6 = 69,34 E-3 m3 / sg Qe = 480.83 m3/d - Caudal de descarga del clarificador secundario( Ou) : Qu = QoQe = 98,69 E-3 -69,34 E-3 = 29,39 E-3 m3/sg = 2539,30 m3/d y de forma simi l ar: Qu = QR + Qw = 29,29 E-3 + 61 E-6 = 29,35 E-3 m3/sg = 2535,93 m 3 / d con lo cual tomamos e l valor medio
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 339 PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA A DIFERENTES TEMPERATURAS Tabla 73. Presión de vapor de agua en función de la teperatura Tº(C) Pv(mmHg) 15 12,788 20 17 , 535 25 23,7 6 30 31 , 824 35 42 , 175 40 · 55,324 La presión de operación considerada, P, es de 755 mmHg. -Paso 1: Interpolando en las tablas de Cs,s y Pv obtenemos para las temperaturas de verano e invierno los valores de: Temp. (Tw) C s,s760_(_mg/l)_ Pv_( _mmH_g ) _ 18,41 21,60 9,4 8,92 15,885 19,377 -Paso 2: Obtenidos los valores a las temperaturas de operación en el reactor, se calcula Cs,s de Verano e Invierno: Cs,s = Cs,s 760 * ( AB )
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 340 mmHg mmHg mg/1 mg/1 Verano 735,623 740,623 0,99324 9 8,92 8,8598 Invierno 739,115 744,115 0 , 99328 9,49 9,4262 -Paso 3: Obtener el factor K= RT real / RT referencia: Disponemos de la siguiente información: P = 755mmHg α = 0.85 β = 0,96 CS,S verano = ·8.8598 mg/1 CL = 3mg/1 CS,s invierno = 9,4262 mg/1 K= α* 1,024^(Tw - 20) * ((β * (Cs,sCL)/9,2)) * Para los condiciones de verano: K = 0.85 * 1.024 ^ (21 , 6120) * (( 0.96 * 8 . 8598 -3)/ 9 , 2) = 0,52845 * Para las condiciones de invierno: K = 0 . 85 * 1.0 2 4 " (18,4320) *(( 0,96 * 9,4262 -3)/9,2) = 0,580 6 4
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 341 Se observa que la K menor es decir, la que controla el proceso de transferencia de oxígeno, es la de verano. 6.21.2. Proceso reiterativo: -Paso 1 : Suponer un válor de potencia específica: Pe= 0,022905. -Paso 2: Obtención de RT referencia: RT) ref = 5.42 *Pe+ 0,939 = 1,0631 . -Paso 3 :Cálculo del RT real RT) real = Kverano* RT) ref RT) real= 0.52845 * 1.0631 = 0.56179 · - Paso 4 : Obtención de la Potencia requerida: P requerida = Kg 0 2 / h 1 RT) real Pr = 54,03 Kg/h / 0,56179 = 96,17 CV - Paso 5: Comprobación del valor de potencia específica escogida: Pe= Potencia / volumen Pe = 96,17 / 4200 = 0 , 0229 Este valor de potencia específica coincide con el valor obtenido en el paso 1 de e s te apartado. No es necesario realizar el proceso reiterativo ya que los valores de
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 342 potencia con los que se realizó el cálculo de las temperaturas de operación es adecuado. 6.22. RESUMEN DE LOS CÁLCULOS: Llegados a este punto podemos resumir el tratamiento biológico, para un caudal medio de 481 m3/d, con los siguientes valores: Concentraciones de DBO soluble: SF = 825 m g / 1 So = 589 m g/ 1 Se= 30 mg/1 Concentraciones de sólidos en suspensión Tabla 74. Concentraciones de sólidos en suspensión ( Valores expresados en mg/l) Tipo de Corriente Volátil No Volátil XF(alimentación fresca) 5,7 21,5 Xa(licor del reactor ) 3000 5040 Xo( alimentación combinada ) 2972 5040 Xu (descarga del clarificador) 10000 16934,40
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 343 Qi m 3 /sg m 3 /d 1 ' QF 69,4 E-3 6000 QR 29,29E-3 2530,38 Qo 98,69E-3 8526,82 Qw 6,1E-6 5,2 Qe 69,34E-3 5991 Qu 29,37E - 3 2537,6 Tabla 75. Valores de las SSTw (Valores expresados en Kg/día) Verano Invierno SSTw (corriente de purga ) 129,7 153,7 -Caudales: Resumen del cálculo de Caudales: -Otros parámetros, (Valores medios) -Kg DBO consumida/día ..... . ... . .. ..... ...... 4767 Kg / d Tabla 76. Caudales
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 344 -Kg de Oxígeno consumido/ dia..........53,32 Kg/h - Xv(Producción neta de biomasa).....197,64 Kg/d -V (Volumen del reactor) .....................4200 m 3 -Tr (Tiempo de retención )................. . .. O. 7 di as..... . ..... .. 16.8 horas -th (tiempo hidráulico) ............... . .. . .... . 0.4925 dias... . .. . ..... . .. 11.82 horas -S (Edad del fango )_. ........ . .... . . . . . ..........64.70 dias................ 1553 horas -r (relación de r ecircul ació n . .. .... . .... .. 0.422 ................. 42. 22%
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REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 347 CAPITULO 7. REMODELACIÓN DE LA ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES DE LA MANCOMUNIDAD DEL SURESTE 7.1.- Introducción. En primer lugar describiremos todas las instalaciones que comprende la depuradora para posteriormente definir los cambios necesarios a realizar, en función de la calidad que debe tener el agua a reutilizar con fines agrícolas y de servicios públicos (jardinería, lavado de calles, etc.) 7.2.- Descripción de la EDAR Sureste. La E. D.A.R del sureste pertenece a la Mancomunidad Intermunicipal del Sureste y por tanto recibe las aguas residuales de los municipios de Agüimes, Ingenio y Santa Lucía. Adicionalmente recibe las aguas de la estación de bombeo de Castillo del Romeral, que atiende a los barrios próximos al barranco de Tirajana, pertenecientes al municipio de San Bartolomé de Tirajana, entre otros, Aldea Blanca, El Rodeo, El Matorral, Juan Grande, Llanos de Juan Grande y Castillo del Romeral. El caudal de tratamiento de la planta es de 12.000 m3/ día y se amplía a 18000 m3/ día. La planta se ha ejecutado en dos fases. La primera de ellas trataba 6.000 m3/día y en julio de 2001 se amplió hasta los 12.000 m3/día. Tiene las siguientes líneas de agua de 3000 m3/ día, una línea de
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 348 6.000 m3/ día y se ha realizado la nueva línea de 6.000 m3/ día durante el transcurso de este trabajo. Mancomunidad del Sureste Figura 48. Planta EDAR Sureste
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 355 primarios mediante dos compuertas, el agua sube de nivel y puede saltar en cada arqueta por un vertedero previsto para el by-pass. En la misma obra de reparto se incluye el pozo de recogida de fangos primarios y el de flotantes, equipado con un agitador que permite el trasiego de la emulsión hacia el desnatador. 7.4.10.- Decantación primaria Se disponen de dos decantadores primarios de rasquetas de 14 metros de diámetro cada uno para la planta inicial y de decantador primario de diámetro 18 metros en las otras dos plantas. Están equipados con un puente rodante dotado de rasquetas de superficie y de fondo. Los flotantes extraídos de la decantación se envían a una arqueta en el desarenador y desengrase. 7.4.11.- Reactor biológico El agua pretratada es conducida a la cuba de aireación para su tratamiento biológico. La línea de agua existente inicialmente dispone de dos biológicos idénticos de 3.000 m3/día cada uno y en las dos nuevas ampliaciones de otros dos de 6.000 m3/día con parrillas de difusores de membranas. El tratamiento biológico se realiza con fangos activos de media carga, con recirculación del licor mixto y la aireación se consigue con el empleo de soplantes de dos velocidades y difusores. El volumen total de cada biológico se reparte en dos zonas, una anóxica y otra aireada. El nuevo biológico, que se realiza con este trabajo, es de de 6000 m3/día e incluye, como en los restantes:
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 356 - Zona anóxica: proceso de desnitrificación - Aireación en reactor biológico - Recirculación de licor mixto - Decantación secundaria - Recirculación de fangos - Purga de fangos en exceso Figura 51. Reactor biológico y decantación secundaria Hemos adoptado las características y parámetros necesarios para el dimensionamiento del volumen de las cubas, obligados por las necesidades de rendimiento en la eliminación de S.S. y DB05. El suministro de aire se aporta mediante dos parrillas de difusores. El sistema de aireación garantiza una agitación del licor mixto suficiente para evitar su sedimentación.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 357 7.4.12.- Decantación secundaria Para este proceso hay dos decantadores de 17 metros de diámetro y superficie útil de 227 m2 en la línea existente. El nivel medio de agua es de 3 m, con lo que se dispone de un volumen de 744 m3. Las línea nuevas disponen de un sólo decantador de 23 metros de diámetro y superficie útil de 415.5 m2. El nivel medio de agua es de 3.9 metros. La extracción de fangos se realiza por medio de un sistema de dos bombas sumergídas en ambas líneas. Con esta instalación se obtendrían los siguientes resultados de decantación: _ DBO agua decantada................. 30 ppm _ Materia seca decantada ...............30 ppm 7.4.13Cloración La cloración se realiza en el serpentín de ambas líneas para dar tiempo a que el cloro cumpla su misión antes de mandar el efluente de la planta a emisario o ser aprovechado en el Tratamiento Terciario. 7.5. Fangos. 7.5.1.- Extracción y bombeo de fangos primarios La extracción de fangos primarios se realiza desde el pozo de fangos primarios que posee cada línea de agua. En cada pozo se encuentran dos
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 358 bombas sumergidas capaz de bombear cada una 30 m3/h. Mediante una conducción unimos estos pozos con el espesador de la planta. - Esquema de la línea de fangos Figura 52. Línea de fangos
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 359 Figura 53. Flotación y bombeo de fangos 7.5.2.- Espesador E la planta inicial se dispone de un sistema de espesamiento separado para los fangos primarios y para los fangos en exceso. En la ampliación se ha instalado un sistema de espesamiento único para las dos líneas y para todos los fangos. 7.5.3.- Extracción de fangos en exceso La extracción de los fangos en exceso se realiza desde la cámara de recirculación junto a los biológicos hasta el flotador. Los fangos en exceso se purgarán desde la obra de recirculación mediante el empleo de dos bombas sumergibles de 25-30 m3/h.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 360 7.5.4.- Flotación de fangos en exceso La flotación de los fangos, se logra con la introducción de agua presurizada al flotador. El grado de espesamiento que consigue en los fangos en exceso alcanza unos 45 g/l, habiéndose extraído de las cubas de aeración a 3 g/l. 7.5.5.- Recirculación de fangos La recirculación es una fase inseparable del tratamiento biológico y para cada línea de agua el caudal recirculado es un 60% el caudal nominal. Para la recirculación existen cuatro bombas sumergidas. 7.5.6.- Digestión de fangos Existen dos digestores (primario y secundario) que se utilizan para almacenamiento y estabilización de fangos y no para esta función. 7.5.7.- Digestión secundaria 7.5.9.- Deshidratación de fangos Para deshidratar el fango se dispone del sistema de centrífugas, con el que se consigue sequedades de fango que oscilan entre el 20 y el 25%. El fango deshidratado es elevado a dos silos mediante una bomba de tornillo donde se va almacenando hasta ser enviado a la planta de biometanización del Complejo Medioambiental de Salto del Negro.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 361 . Figura 54. Deshidratación de fangos 7.6.- Modificaciones propuestas. Con el proceso elegido tenemos un grupo de variables que hemos de mejorar para que el agua que obtengamos cumpla las condiciones necesarias para ser utilizada en todos los cultivos que actualmente existen en la comarca del sureste de Gran Canaria. En concreto y de forma general debemos mejora los siguientes aspectos: 1. Reducción de los SS. 2. Reducción de la DBO5 y DQO. 3. Disminuir, en parte, la conductividad hasta valores en torno a los 600-700 ηS. 4. Reducción y si es posible la eliminación de coliformes.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 362 5. Procurar que el aspecto del agua en cuanto a olor y transparencia sea similar a la del agua potable, para evitar el rechazo inicial a la reutilización de aguas. Figura 55. Tratamiento terciario Para la eliminación de sales tenemos tres opciones comerciales: • Electrodiálisis Reversible (EDR) • Ósmosis Inversa • Sistemas de Evaporación (MSF, Compresion de Vapor, etc).
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 363 Considerando los costes energéticos, que son decisivos, tomaríamos como alternativas las EDR y la ósmosis. Si además pretendemos la ausencia de color y eliminación de bacterias de forma importante y como barrera de seguridad, la solución pasa por la ósmosis inversa. No obstante será necesario un tratamiento previo al efluente del secundario de la depuradora para poder tratarlo en la ósmosis. Las principales soluciones técnicas actuales son: 1. Microfiltración 2. Físico Químico 3. Diferentes sistemas de filtración. Teniendo en cuenta la variabilidad de las características del efluente y de la experiencia en colmatación de la microfiltración por los coloides optamos por el diseño de un físico químico y una posterior filtración previa a la ósmosis. 7.6.1.- Partes y proceso elegido en el tratamiento terciario Hay que partir de la base de que cada día la calidad del efluente de la EDAR es diferente lo que afecta a la coagulación, a la filtración y a la osmosis. Es por ello que aquí toma una elevada importancia la elección del pretratamiento y su seguimiento antes de que el agua llegue a los bastidores de membranas. La línea de pretratamiento existente consta de los siguientes equipos y tratamientos: a.-FÍSICO-QUÍMICO DE ALTA EFICACIA • Cloración de agua bruta • Bombeo de agua Bruta • Regulación del ph • Coagulación
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 364 • Floculación • Decantación lamelar • Purga de fangos b.-MICROFILTRACIÓN • Bombeo de agua clarificada • Dosificación de anti-incrustante • Filtros precapa • Filtros de seguridad Una vez pasados los filtros de seguridad disponemos de tres bombas de alta presión reguladas por variador, que elevan cada una de ellas el agua microfiltrada a un bastidor. El paso definitivo en la reducción de sales en el Tratamiento Terciario de la EDAR del Sureste es la osmosis inversa. Para grantizar la conductividad máxima el diseño de la planta se realiza para 300 ηS/cm. Esta solución es idónea pero no económica, por lo que se utiliza solamente cuando se requieren esta calidades para cultivos concretos. Figura 56. Dosificación de reactivos
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 371 [30] M. Gritzuk, Testimony — The Importance of Water Reuse in the 21st Century, Subcommittee on Water & Power Committee on Resources, U.S. House of Representatives, March 27, 2003. [31] Tassoula, Reuse of treated sewages, Technica Chronika, Electr. Ed., 6 (2007) 16. [32] T.Asano (1998). Wastewater Reclamation and Reuse, Technoeconomic, Lancaster, Pennsylvania,. [33] Ministerio de la Presidencia, Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas, 2007. [34] The Council Directive 91/271/EEC concerning urban wastewater treatment was adopted on 21 May 1991. [35] Directive of the European Parliament and of the Council 60/ 2000/EEC on. establishing of a common action framework in water policy. [36] Real Decreto 849/1986, de 11 de abril, por el que se aprueba el Reglamento del Dominio Público Hidráulico. [37] Real Decreto 865/2003, de 4 de julio, por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis. [38] Title 22, Division 4, Sections 60301 through 60355 of the California Code of Regulations (herein referred to as the DHS reuse criteria). [39] USEPA Guidelines for Water Reuse. EPA/625/R-04/108, September 2004. [40] WHO. Guidelines for the Safe Use of Waste Water in Agriculture. Draft. World Health Organization, Geneva, 2005. [41] MED POL. Municipal Water Reuse Guidelines for the Mediterranean Region, 2005.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 372 [42] AEAS (Asociación Española de Abastecimiento de Agua y Saneamiento). Tecnología avanzadas para la regeneración de las aguas residuales depuradas mediante membranas. Varios Autores (Raquel Iglesias Esteban, Genaro Batanero y Enrique Ortega), 2005. [43] Infojardín. Carencia de nutrientes y minerales en las plantas. http://articulos.infojardin.com/articulos/carencias-nutrientesminerales.htm [44] Metcalf & Eddy. (1998). Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. McGraw Hill. [45] Instituto Técnológico de Canarias. (2006). Gestión sostenible del agua en entornos rurales.Proyecto DEPURANAT. [46] Skoog-WestHollex. (1999). Química analítica MCGraw Hill. [47] Cortacans Torre, J.A. (2004) Eiminación biológica de nutrientes.CICCP. [48] Marín Galvín, R. (1995). Análisis de aguas. Ensayos y tratamientos. GPE.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 373 PRINCIPALES PONENCIAS Y PUBLICACIONES DEL DOCTORANDO: Sánchez, J.R.; (2008). Congreso CSD-16 Naciones Unidas-Nueva York. “Fighting drought, providing water, managing lands, developing agriculture with no emissions and little resources” González J. E.; Santana, J.J.; Santana, F.J.; Vaswani, J.; Sánchez J.R. (2007). World Congress on Desalatión and Water Reuse. “ New Design of filter systems of activated sludge to depart from the biokinetic parameters”. Palacios, E.; Gutiérrez, M.; Ramírez, J.; Hijos, G.; Sánchez, J. R. (2007). World Congress on Desalatión and Water Reuse. “Present and future of tertiary treatment in EDAR of Sureste-Gran Canaria”. Ramírez, J.A.; Palacios, E.; Gutiérrez, M.; Sánchez J.R. (2007). World Congress on Desalatión and Water Reuse. “MBE optimization of complex wastewater of water reclamation in Canary Islands”. Sanchez, J.R.; Calero, R.; González, J.E.; García, E.; Santana, I.; (2007). World Congress on Desalatión and Water Reuse. “Desalination: the cause of thes South Eastern of Gran Canaria development”. Rodríguez, L.; González, J.E.; Sánchez, J.J.; Santana, J.J. (2005). X Congreso Mediterráneo de Ingeniería Química. “Reduction of the Produced Environmental Impact for the Rejections of Brine From Desalinination Plants by Reverse Osmosis”. Sánchez, J.R.; Sánchez, M.; Buch, M.; Casañas, A. (2003). IV Congreso de la Asociación Española de Desalación y Reutilización (AEDYR). “Etapas de concentrador de salmuera de la planta desaladora del Sureste de Gran Canaria: primer año de funcionamiento” Sánchez, J.R.; Casañas, A.; Ramírez, J.A.; Sánchez, M.; González, J.E. (2003). IV Congreso de la Asociación Española de Desalación y Reutilización (AEDYR. “Terciario del Sureste: Un acierto en reutilización”. Sánchez, J.R. (2003). III Foro de Medio Ambiente - Canagua 2003. “Agenda 21 Local: Enfoque turístico”. Sánchez, J.R. (2003). IV Foro de Medio Ambiente - Canagua 2004. “Ejemplo de aplicación de la Agenda 21 Local: Mancomunidad del Sureste”.
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 374 Sánchez, J.R. (2005). V Encuentro Regional sobre Servicios de abastecimiento de agua y Saneamiento. “Unidad de Control de Vertidos. Experiencias y problemáticas en las instalaciones de alcantarillado”. Sánchez, J.R.; Caballero C. (2005). Proyecto Interreg III – ERAMAC. “Acciones de ahorro energético y utilización de energías renovables en la Mancomunidad del Sureste de Gran Canaria”. www.itccanarias.org/aquamac Sánchez, J.R.; González J.E. (2001). II Jornadas de Las Ingenierías y el Medio Ambiente. Instituto de Ingenieros de España. “Ciclo Integral del Agua en el S.E. de Gran Canaria, Tecnología Aplicadas”. Sánchez, J.R. (2005). La integració de l’aigua regenerada en la gestió dels recursos: El paper dinamitzador del territori. “Gestión Sostenible del Agua y la Energía en la Mancomunidad Del Sureste De Gran Canaria”. http://www.ccbgi.org/jornades2005/ponencies.htm Sánchez, J.R. (2005). Jornadas del día Mundial de la Meteorología. “Medio Ambiente y Clima”. Sánchez, J.R.; Sánchez, M. (2012) Artículo publicado en la Revista Tecnoambiente, número155, pagina 23 y siguientes, titulado “Desaladora del Sureste de Gran Canaria: Una década de evolución”. Sanchez, J. R. et al. (2005). Artículo publicado en el Libro Aquamac sobre Técnicas y métodos para la Gestión Sostenible del Agua en la Macaronesia, titulado “Propuestas para optimizar la autosuficiencia energética en los ciclos del agua en Canarias Madeira y Azores”. Sanchez, J. R. et al. Artículo publicado en el libro Aquamac sobre Técnicas y métodos para la Gestión Sostenible del Agua en la Macaronesia, titulado “Aplicación de tecnologías de ahorro de agua en edificios públicos y estudio de sistemas tarifarios para promover el uso eficiente del agua y la recuperación de costes en los abastecimientos urbanos de Canarias Madeira y Azores”. Sanchez, J.R. et al. (2006). Artículo publicado en el libro Gestión sostenible del agua residual en entornos rurales. Proyecto DEPURANAT. “Proyectos de depuración natural. Descripción y metodología aplicada para su implantación y adecuación”
REUTILIZACION DE AGUAS DE AGUAS DE UN PROCESO DE FANGOS ACTIVADOS PARA AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS Y SUELOS Página 375 ANEXO ANEXO DE RESULTADOS ANALITICOS DE LA EDAR SURESTE UNA VEZ REALIZADA LA AMPLIACIÓN.
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