ELEARNI NG CONTRI BUCI ON DE LOS OPERADORES EN LA GESTI ON DE LAS AQUAS RESI DUALES
TOMO 4
REGENERACI ÓN RECI CLAJE & REUTI LI ZACI ÓN
Proyecto Nireas
Educaci贸n a distancia - P谩gina 1
Proyecto Nireas
REGENERACIÓN, RECICLAJE & REUTILIZACIÓN La inclusión de la regeneración del agua, del reciclaje, y de la reutilización en los sistemas de recursos hídricos refleja la creciente escasez de las fuentes de agua para hacer frente a las demandas sociales, a los adelantos tecnológicos, a la creciente aceptación pública, y a la comprensión de los riesgos para la salud pública. Las principales medidas tomadas para llevar a cabo la reutilización del agua incluyen la irrigación agrícola, el uso industrial, la reposición de las aguas superficiales, y la reposición de las aguas subterráneas. La reposición de las aguas superficiales y subterráneas también se produce gracias al drenaje natural y a la infiltración de la irrigación y a las escorrentías de las excesivas aguas fluviales. La función de las plantas de tratamiento, de regeneración, y de reutilización en el ciclo del agua durante el ciclo hidrológico1
(Eddy, 1999) Gráfico sobre la regeneración, reciclaje & reutilización de las aguas residuales2 1
Atmospheric water vapor, precipitation, irrigation, surface water, groundwater, agricultural reuse, wastewater, municipal use, industrial use, water treatment, surface water discharge, industrial reuse, wastewater reclamation, groundwater recharge: vapor de agua atmosférico, precipitación, irrigación, agua superficial, agua subterránea, reutilización agrícola, aguas residuales, uso municipal, uso industrial, tratamiento de aguas, descarga del agua superficial, reutilización industrial, regeneración de las aguas residuales, recarga del agua subterránea.
2
Factory, stream, farm, recharge cuencas, wastewater treatment plant, city, influent, effluent, water treatment plant, groundwater, co-mingled effluent and natural runoff, disinfection, well, direct industrial reuse, instream flow augmentation, direct agricultural reuse, groundwater recharge, urban reuse (landscapr, toilet flushing, ...), indirect potable reuse from river, indirect potable reuse from well, indirect agricultural reuse: fábrica, arroyo, granja, cuenca de recarga, planta de tratamiento de aguas residuales, ciudad, influente, efluente, planta de tratamiento de agua, agua subterránea, salida del efluente y del agua natural, desinfección, pozo, reutilización industrial directa, aumento de flujo, reutilización agrícola directa, recarga del agua subterránea, reutilización Educación a distancia - Página 2
Proyecto Nireas
Las siete categorías principales de reutilización de las aguas residuales municipales se presentan en orden decreciente con respecto a su volumen estimado de uso: • • • • • • •
1
Irrigación agrícola. Riego del paisaje. Reciclaje y reutilización industriales. Reposición de aguas subterráneas. Reconstrucción/aplicaciones ambientales. Aplicaciones urbanas de aguas no potables. Reutilización potable indirecta.
SALUD PÚBLICA Y ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES urbana (paisaje, cisterna del váter, …), reutilización potable indirecta del río, reutilización potable indirecta del pozo, reutilización agrícola indirecta. Educación a distancia - Página 3
Proyecto Nireas
A pesar de la existencia de técnicas avanzadas para el tratamiento de aguas residuales de eficacia demostrada, tal como se describe el capítulo 2.4, la seguridad a largo plazo del agua demandada y su impacto en el medio ambiente son todavía difíciles de medir. Considerando que sea posible producir agua de casi cualquier calidad, los problemas sobre la salud pública y el medio ambiente que ahora deben abordarse son: ¿de los constituyentes que se encuentran en las aguas municipales residuales, cuáles deben eliminarse y hasta qué punto? Clasificación de los típicos constituyentes que se suelen encontrar en las aguas residuales Clasificación Convencional
No convencional
Emergente
Constituyentes Sólidos suspendidos totales Sólidos coloidales Demanda bioquímica de oxígeno Demanda química de oxígeno Carbono orgánico total Amoníaco Nitrato Nitrito Nitrógeno total Fósforo Bacterias Quistes protozoarios y ooquistes Virus Materia orgánica refractaria Compuestos orgánicos volátiles Tensioactivadores Metales Total de sólidos en suspensión Drogas con y sin prescripción Productos para la limpieza del hogar Antibióticos veterinarios y humanos Productos industriales y del hogar Hormonas sexuales y esteroidales Otros alteradores endocrinos
(Eddy, 1999) El término convencional se usa para definir a aquellos constituyentes medidos en mg/l que se han usado como base para diseñar la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales. El término no convencional se aplica a aquellos constituyentes que deben ser eliminados o reducidos utilizando procesos avanzados de tratamiento de aguas residuales antes de que el agua pueda usarse de manera beneficiosa. El término emergente se aplica a aquellos tipos de compuestos que se miden en una escala de micro- o nanogramo/l que puedan suponer problemas para la salud y el medio ambiente a largo plazo, a medida que se sabe más sobre estos compuestos. En algunos casos, estos compuestos no pueden ser eliminados de manera efectiva, incluso con procesos de tratamiento avanzados. Para la mayoría de los compuestos emergentes Educación a distancia - Página 4
Proyecto Nireas
enumerados anteriormente, hay muy poca o ninguna información que haga referencia a sus efectos sobre la salud o sobre el medio ambiente. Desafortunadamente, algunos de los compuestos que se han identificado en agua regenerada poseen fuertes efectos sobre la salud y el medio ambiente, dependiendo de su concentración y de su forma de exposición. 1.1
Directrices y normativas legales
Hoy en día, no existe ninguna legislación, directriz o normativa legal común para todos los países de la Unión Europea. En vez de ésto, lo que sí nos podemos encontrar son diferentes directrices y normas legales adoptadas por los diferentes países a nivel individual, debido a las diferencias entre los Estados miembros como el medio ambiente, los usos del suelo, y el rumbo de la economía y de la cultura. Se presenta en la siguiente tabla un resumen de las directrices sobre la reutilización del agua sugeridas por la EPA (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos). Directrices sobre la reutilización del agua sugeridas por la EPA3
Nivel de tratamiento
Tipos reutilización
Calidad del agua regenerada
Seguimiento del Distancia de agua retroceso regenerada
1. Desinfección terciaria b
Reutilización urbana c
pH = 6-9
pH = semanal
Riego de plantas comestibles
BOD5 ≤ 10 mg/l Turb. ≤ 2 NTU
15 m (50 pies) hasta pozos de BOD = semanal abastecimiento de Turb. = continuo agua potable d
E. coli = none
E. coli = diario
Res. Cl2 ≥ 1 mg/l
Res. Cl2 = continuo
Riego de áreas de acceso restringido
pH = 6-9
pH = semanal
Riego de plantas no comestibles
Res. Cl2 ≥ 1 mg/l
Embalses recreativos
2. Desinfección secundaria
BOD = semanal BOD5 = 30 mg/l Riego de plantas TSS = diario TSS = 30 mg/l comestibles (procesadas comercialmente) E. coli = 200/100 mL E. coli = diario Res. Cl2 = continuo
Embalses naturales (acceso restringido) Construcción
3
NTU: Nephelometric Turbidity Unit: unidad nefelométrica de turbidez. TSS: Total Suspended Solids: sólidos suspendidos totales. BOD5: demanda bioquímica de oxígeno a los cinco días. BOD: Biochemical Oxygen Demand: demanda bioquímica de oxígeno. Educación a distancia - Página 5
30 m (100 pies) hasta áreas accesibles al público (en caso de riego por aspersión) 90 m (300 pies) hasta pozo de abastecimiento de agua potable
Proyecto Nireas
Humedales a Según la EPA (1992a). b Filtración de efluentes secundarios. c Las aplicaciones incluyen la irrigación del paisaje, la limpieza del vehículo, la limpieza, la cisterna del váter, el uso en la protección contra incendios, y los aires acondicionados comerciales. d La distancia de retroceso aumenta hasta 150 m (500 pies) si el fondo del embalse no está sellado.
(Eddy, 1999) Debería tenerse en cuenta, que las directrices sugeridas por la EPA podrían no ser aplicables en otros países. Es por ello que se ha expuesto en la tabla anterior un orden de magnitud correcto para la reutilización del agua (dependiendo del nivel de tratamiento), que podría ayudarnos a conseguir unos resultados seguros a la hora de diseñar un sistema de regeneración y reutilización. MORE Other important guidelines that exist for wastewater reuse are the ones published by the World Health Organization (WHO), and are mainly focused on the needs of developing countries. WHO guidelines specify the microbiological quality and the treatment method required to achieve this quality, which is limited to the use of stabilisation ponds since it is cheaper, simpler and ensure removal of parasites which is the most infectious agent in the developing world. WHO guidelines are presented in following table. Guidelines for the use of treated wastewater in agriculture a Categor y
Α
Β
C
Reuse conditions Irrigation of crops likely to be eaten uncooked, sports fields, public parksd Irrigation of cereal crops, industrial crops, fodder crops, pasture and treese Localized irrigation of crops in category B if exposure to workers and the public does not occur
Expose d group
Intestinal nematodeb (arithmetic mean no. eggs per litre)c
Faecal coliforms (geometric mean no. per 100ml)c ≤1000
Workers , consum ers, public
≤1
Workers
≤1
No standard recommended
None
Not applicable
Not applicable
Educación a distancia - Página 6
Wastewater treatment expected to achieve the required microbiological guideline A series of stabilization ponds designed to achieve the microbiological quality indicated, or equivalent treatment Retention in stabilization ponds for 8-10 days or equivalent helminth and faecal coliform removal Pretreatment as required by irrigation technology, but not less than primary sedimentation
Proyecto Nireas
a In specific cases, local epidemiological, sociocultural and environmental factors should be taken into account and the guidelines modified accordingly. b Ascaris and Trichuris species and hookworms. c During the irrigation period. d A more stringent guideline (200 faecal coliforms per 100 ml) is appropriate for public lawns, such as hotel lawns, with which the public may cone into direct contact. e In the case of fruit trees, irrigation should cease two weeks before fruit is picket, and no fruit should be picked off the ground. Sprinkler irrigation should be used. (World Health Organization, 1989)
To understand better the above table, let’s elaborate on Category A. The WHO has recommended that irrigation of crops likely to be eaten uncooked, sports fields, and public parks should be irrigated with wastewater treated by a series of stabilization ponds. The ponds are designed to achieve a microbiological quality of less than or equal to 1 intestinal nematode per liter and faecal coliforms less than or equal to 1000 per 100ml. The main features of the WHO (1989) guidelines for wastewater reuse in agriculture are therefore as follows: • Wastewater is considered as a resource to be used, but used safely. • The aim of the guidelines is to protect exposed populations (consumers, farm workers, populations living near irrigated fields) against excess infection. • Faecal coliforms and intestinal nematode eggs are used as pathogen indicators. • Nematodes are included in the guidelines since infectious diseases in developing countries are mainly due to the presence of parasites which are more resistant to treatment. • Measures comprising good reuse management practice are proposed alongside wastewater quality and treatment goals; restrictions on crops to be irrigated with wastewater; selection of irrigation methods providing increased health protection, and observation of good personal hygiene (including the use of protective clothing).
2
TECNOLOGÍA PARA LA REGENERACIÓN DEL AGUA
Según lo expuesto anteriormente, los constituyentes de las aguas residuales sometidos a tratamiento se pueden clasificar en convencionales, no convencionales, y emergentes. Los constituyentes convencionales son eliminados gracias a tecnologías de tratamiento convencionales. Las tecnologías de tratamiento avanzadas suelen utilizarse para la eliminación de constituyentes no convencionales. La eliminación de los constituyentes emergentes se produce gracias a tratamientos con procesos convencionales y avanzados, aunque los niveles a los que se produce la eliminación no están bien definidos. Los datos sobre el rendimiento medio para la combinación de procesos de tratamiento seleccionados se encuentran en la tabla siguiente: Niveles de tratamiento alcanzables para los constituyentes convencionales, con diversas combinaciones de operaciones y de procesos usados para la regeneración Educación a distancia - Página 7
Proyecto Nireas
de aguas residuales4
4
NTU: Nephelometric Turbidity Unit: unidad nefelométrica de turbidez. TSS: Total Suspended Solids: sólidos suspendidos totales. BOD5: demanda bioquímica de oxígeno a los cinco días. COD: Chemical Oxygen Demand: demanda química de oxígeno. Educación a distancia - Página 8
Proyecto Nireas
Calidad típica del efluente, mg/l excepto turbiedad, NTU Proceso de tratamiento
TSS
BOD5
COD
N total
NH3-N
PO4-P
Turbidez
Lodo activado + filtración granular media
4-6
<5-10
30-70
15-35
15-25
4-10
0,3-5
Lodo activado + filtración granular media + adsorción del carbono
<5
<5
5-20
15-30
15-25
4-10
0,3-3
Lodo activado/nitrificación, fase única
10-25
5-15
20-45
20-30
1-5
6-10
5-15
Lodo activado/fases separadas de la nitrificacióndesnitrificación
10-25
5-15
20-35
5-10
1-2
6-10
5-15
Adición de sal metálca al lodo activado + nitrificación /desnitrificación + filtración
≤5-10
≤5-10
20-30
3-5
1-2
≤1
0,3-2
Eliminación biológica de fósforo a
10-20
5-15
20-35
15-25
5-10
≤2
5-10
Eliminación biológica de nitrógeno y de fósforo + filtración
≤10
<5
20-30
≤5
≤2
≤2
0,3-2
Lodo activado + filtración granular media + adsorción del carbono + ósmosis inversa
≤1
≤1
5-10
<2
<2
≤1
0,01-1
Lodo activado/nitrificacióndesnitrificación y eliminación del fósforo + filtración granular media + adsorción del carbono + ósmosis inversa
≤1
≤1
2-8
≤1
≤0,1
≤0,5
0,01-1
Lodo activado/nitrificación≤1 ≤1 2-8 ≤0,1 ≤0,1 ≤0,5 0,01-1 desnitrificación y eliminación de fósforo +microfiltración + ósmosis inversa a El proceso de eliminación se produce en el flujo de agua principal a diferencia del tratamiento de corriente lateral.
(Eddy, 1999) Tal como se ha expuesto en la tabla anterior, está claro que se puede conseguir un tratamiento de alta eficacia contra los constituyentes convencionales usando una variedad de procesos de tratamiento. Los datos correspondientes a la eliminación de constituyentes convencionales y no convencionales se presentan en la siguiente tabla para lograr un tratamiento completo así como la ósmosis inversa. Eliminación de los constituyentes convencionales & no convencionales de las aguas Educación a distancia - Página 9
Proyecto Nireas
residuales en una planta de regeneración de agua (todas las unidades están en mg/l)a 5
Efluente primario Conc. bruta
Conc.
%R
Efluente secundario Conc.
%R
Efluente terciario Conc.
%R
Efluente AWT
Total
Conc.
%R
%R
Convencional: CBODb
185
149
19
13
74
4,3
5
No disponi ble
98
TSS
219
131
40
9,3
55
1,3
4
No disponi ble
99+
TOC
91
72
21
14
64
7,1
8
0,6
7
99+
TS
1452
1322
9
1183
10
1090
6
43
72
97
Turb. (NTU) 100
88
12
14
74
0,5
14
0,27
0
99+
Amoníaco-N 22
21
5
9,5
52
9,3
1
0,8
39
96
Nitrato-N
0,1
0,1
0
14
0
1,7
0
0,7
0
0
TKN
31,5
30,6
3
13,9
53
14,2
0
0,9
41
97
Fosfato-P
6,1
51
16
3,4
28
0,1
54
0,1
0
98
No convencional: Arsénico
0,0032 0,0031 3
0,0025 19
0,0015 30
0,0003 40
92
Boro
0,35
0,42
0,31
0,29
3
17
Cadmio
0,0006 0,0005 17
0,0012 0
0,0001 67
0,0001 0
83
Calcio
74,4
72,2
3
66,7
7
70,1
0
1,0
88
99
Cloro
240
232
3
238
0
284
0
15
90
94
5
0,38
0
0
13
AWT: Advanced Wastewater Treatment: tratamiento avanzado de aguas residuales. CBOD: Carbonaceous Biochemical Oxygen Demand: demanda carbónica bioquímica de oxígeno. TSS: Total Suspended Solids: sólidos suspendidos totales. TOC: Total Organic Carbon: carbono orgánico total. TS: Total Solids: sólidos totales. NTU: Nephelometric Turbidity Unit: unidad nefelométrica de turbidez. TKN: Total Kjeldahl Nitrogen: nitrógeno total Kjeldahl. WCPH: Western Consortium for Public Health: consorcio occidental para la salud pública. BOD: Biochemical Oxygen Demand: demanda bioquímica de oxígeno. Educación a distancia - Página 10
Proyecto Nireas
Cromo
0,003
0,004
0
0,002
32
0,001
24
0,001
28
83
Cobre
0,063
0,070
0
0,043
33
0,009
52
0,011
0
83
Hierro
0,60
0,53
11
0,18
59
0,05
22
0,04
2
94
Plomo
0,008
0,008
0
0,008
0
0,001
93
0,001
0
91
Magnesio
38,5
38,1
1
39,3
0
6,4
82
1,5
13
96
Manganeso
0,065
0,062
4
0,039
37
0,002
57
0,002
0
97
Mercurio
0,0003 0,0002 33
0,0001 33
0,0001 0
0,0001 0
67
Níquel
0,007
0,010
0
0,004
33
0,004
11
0,001
45
89
Selenio
0,003
0,003
0
0,002
16
0,002
0
0,001
64
80
Plata
0,002
0,003
0
0,001
75
0,001
0
0,001
0
75
Sodio
198
192
3
198
0
211
0
11,9
91
94
Sulfuro
312
283
9
309
0
368
0
0,1
91
99+
Zinc
0,081
0,076
6
0,024
64
0,002
27
0,002
0
97
a
Adaptado del WCPH (1996a). El tratamiento primario consiste en una pantalla de tambor rotatorio seguida por pantallas de disco (ver capítulo 5), el tratamiento secundario fue con jacintos acuáticos, el tratamiento terciario implicaba precipitaciones calcáreas y filtraciones profundas, y el AWT (tratamiento avanzado de aguas residuales) comprendía la adsorción de carbono y el arrastre por aire para ósmosis inversa. b Los resultados de los efluentes brutos y primarios están en BOD, no en CBOD. Nota: Conc. = concentración; %R = % eliminación.
(Eddy, 1999) Los datos correspondientes a la eliminación de constituyentes convencionales, no convencionales y emergentes se presentan en la siguiente tabla para lograr un tratamiento completo así como la ósmosis inversa. Media típica de la calidad del efluente después de diversos niveles de tratamiento para los constituyentes convencionales, no convencionales y emergentes en una instalación de regeneración de agua Media de la calidad del efluente, mg/l
Clasificación de los constituyentes Constituyente
Después de Después de tratamiento tratamiento Después de secundario con secundario con tratamiento BNR + BNR + secundario con filtración microfiltración BNR + profunda + + ósmosis desinfección desinfección inversa + Educación a distancia - Página 11
Proyecto Nireas
desinfección Convencional
Sólidos suspendidos totales
5-20
1-4
≤1
Sólidos coloidales
5-10
1-5
≤1
Demanda bioquímica de oxígeno 5-20
1-5
≤1
Carbono orgánico total
10-20
0-5
0-2
Amoníaco
0,1-1
0,1-1
≤ 0,1
Nitrato
1-10
1-10
≤1
Nitrito
0,001-0,1
0,001-0,1
≤ 0,001
Nitrógeno total
2-12
2-12
≤1
Fósforo
0,1-0,5
0,1-0,5
≤ 0,5
Turbiedad
2-6
≤2
0,1-1
Bacterias
2,2-240
≤ 2,2
≈0
≤1
≈0
Quistes protozoarios y ooquistesa 5-10 b
1
Virus
10 -10
No convencional Materia orgánica refractaria Compuestos orgánicos volátiles
≤ 10
-4
≈0
1-5
1-5
1-5
1-2
1-2
≤1
c
c
≤1
Metales
_
Surfactantes
1-2
1-1,5
≤1
Total de sólidos en suspensión Emergente
4
_
500-700
500-700
10-50
d
Drogas con y sin prescripción
Desconocida
Desconocida
Desconocida
Productos para la limpieza del hogar
Desconocida
Desconocida
Desconocida
Antibióticos veterinarios y humanos
Desconocida
Desconocida
Desconocida
Productos industriales y del hogar
Desconocida
Desconocida
Desconocida
Hormonas sexuales y esteroidales
Desconocida
Desconocida
Desconocida
Otros alteradores endocrinos
Desconocida
Desconocida
Desconocida
Notas: se asume que el tratamiento secundario incluye la eliminación biológica de nutrientes (Biological Nutrient Removal (BNR)). a Valor par cada 100 mL. b Unidades formadoras de placas/100 mL. c Depende del metal específico y de la operación del proceso del tratamiento biológico. d Sustancias farmacéuticas activas.
(Eddy, 1999) Los datos sobre los constituyentes emergentes que se presentan en la siguiente tabla son limitados. El impacto de los constituyentes que permanecen después de los diversos procesos de tratamiento son de gran importancia en lo que a la protección a largo plazo de la salud pública y del medio ambiente se refiere. Hasta hace unos pocos años, había Educación a distancia - Página 12
Proyecto Nireas
sido imposible medir los constituyentes emergentes en una escala ppb o ppt, y su impacto sigue siendo prácticamente desconocido hoy en día. Por ejemplo, las investigaciones anteriores sobre el 17β-Estradiol, demostraron que podría causar trastornos genéticos a la vida acuática cuando se encuentra en altas concentraciones. Grado de eliminación de ciertos constituyentes emergentes de suma importancia Grado de eliminación, porcentaje Tratamiento secundario
Constituyente N-nitrosodimetilamina (NDMA)
50-75
Microfiltración 50-75
17β-Estradiol
Ósmosis inversa 50-75 50-100
Alquifenol etoxilado (APEOs)
40-80
40-80
40-80
Nota: se han observado variaciones significativas en las concentraciones de estos constituyentes en los influentes de las aguas residuales.
(Eddy, 1999)
3
IRRIGACIÓN AGRÍCOLA
La primera categoría, la irrigación agrícola, corresponde al mayor uso actual de agua regenerada a nivel mundial. La irrigación agrícola incluye el riego de plantas y los viveros forestales. Este tipo de reutilización supone una importante oportunidad de futuro para la reutilización de agua. Las limitaciones y problemas principales de la irrigación agrícola se exponen a continuación: • • • • •
Contaminación del agua superficial y subterránea si no hay una gestión adecuada. Comerciabilidad de las cosechas y aceptación pública. Efectos de la calidad del agua, sobre todo las sales, en los suelos y cultivos. Preocupación por la salud pública relacionada con los agentes patógenos (ej.: bacterias, virus, y parásitos). El control del área, incluyendo la zona tampón, puede dar lugar a altos costes.
Las características físicas y químicas del agua de irrigación son de gran importancia en las zonas áridas donde las temperaturas extremas y la escasa humedad dan lugar a altos niveles de evapotranspiración (ET). La evapotranspiración hace referencia al agua perdida a través de la evaporación del suelo, de las masas de agua superficial y de la transpiración de las plantas. El agua usada para la irrigación puede variar considerablemente de calidad dependiendo del tipo y de la cantidad de sales disueltas. La consecuencia de la evapotranspiración es la deposición de la sal del agua aplicada, que tiende a acumularse en el perfil de suelo. Las propiedades físicas y mecánicas del Educación a distancia - Página 13
Proyecto Nireas
suelo, como el grado de dispersión de las partículas del suelo, la estabilidad de los agregados, la estructura del suelo, y la permeabilidad, son sensibles a los tipos de iones intercambiables presentes en el agua de irrigación. Por lo tanto, al planear la irrigación con agua regenerada, no sólo es importante el rendimiento de los cultivos, sino que también deben tomarse en consideración las propiedades del suelo. Los problemas, sin embargo, no son diferentes de los causados por la salinidad o los oligoelementos en cualquier abastecimiento de agua y sólo son de interés si restringen el uso del agua o requieren una gestión especial para mantener un rendimiento de los cultivos aceptable. Las directrices sobre la calidad del agua de irrigación aplicables tanto al agua dulce como al agua regenerada están expuestas en la tabla siguiente: Directrices para la interpretación de la calidad del agua para la irrigación a 6
Grado de restricción de uso Unidades
Ninguno
Bajo a medio
Alto
ECW
dS/m ó mmho/cm
<0,7
0,7-3,0
>3,0
TDS
mg/l
<450
450-2000
>2000
y ECW ≥ 0,7
07-0,2
<0,2
3-6
≥ 1,2
1,2-0,3
<0,3
6-12
≥ 1,9
1,9-0,5
<0,5
12-20
≥ 2,9
2,9-1,3
<1,3
20-40
≥ 5,0
5,0-2,9
<2,9
>9
Problema principal de irrigación Salinidad (afecta la disponibilidad del agua para los cultivos):
Permeabilidad (afecta el grado de infiltración del agua en el suelo. Evaluado mediante ECW, y SAR o RNa juntos)b Adj RNa = 0-3
Toxicidad específica de los iones (afecta cultivos sensibles):c Sodio (Na) Riego superficial
SAR
<3
3-9
Riego por aspersión
mg/l
<70
>70
mg/l
<140
140-350
Cloro (Cl) Riego superficial 6
>350
ECW: electrical conductivity based on the irrigation water source: conductividad eléctrica basada en la fuente de agua de riego. TDS: Total dissolved solids: sólidos disueltos totales. SAR: Sodium Adsorption Ratio: relación de adsorción de sodio. adj RNa: Adjusted Sodium Adsorption Ratio: relación de adsorción de sodio ajustado. Educación a distancia - Página 14
Proyecto Nireas
Riego por aspersión
mg/l
<100
>100
mg/l
<0,7
0,7-3,0
>3,0
Nitrógeno (N total)
mg/l
<5
5-30
>30
Bicarbonato (HC03) (sólo aspersión)
mg/l
<90
90-500
>500
Boro (B) Oligoelementos (ver Tabla 13-23) Efectos diversos (afecta cultivos sensibles):
pH
unidad
Cloro residual (sólo aspersión)
mg/l
Grado normal 6,5-8,4 <1,0
1,0-5,0
>5,0
a
Adaptado de Ayers y Westcot (1985) y Petty Grove y Asano (1985). Para la irrigación de aguas residuales, se recomienda que el SAR se ajuste para incluir una mejor estimación del calcio en el agua del suelo. Se expone un procedimiento en Eq. [13-1 1] y la Tabla 13-24. La relación de absorción de sodio ajustado (Adj RNa) calculada mediante este procedimiento debe ser sustituida por el valor del SAR de esta tabla. c Ver también Tabla 13-23. b
(Eddy, 1999) Existen cuatro categorías principales para los principales problemas de gestión asociados a la calidad del agua de riego: (1) Salinidad. (2) Toxicidad específica de los iones. (3) Tasa de filtración del agua. (4) Otros problemas. Salinidad La salinidad del agua de irrigación queda determinada al medir su conductividad eléctrica: este parámetro es el más importante para determinar la conveniencia de un agua para la irrigación. La conductividad eléctrica (EC) de un agua se utiliza como medida sustituta de la concentración total de los sólidos en suspensión (TDS). La conductividad eléctrica se expresa en deciSiemens por metro (dS/m) o mmho/cm. Debe mencionarse que un dS/m es equivalente a un mmho/cm. Los valores para la salinidad también se presentan en TDS en mg/l. Para la mayoría de los propósitos agrícolas de irrigación, los valores para la EC y el TDS están relacionados el uno con el otro y pueden convertirse con una exactitud de alrededor el 10% usando el siguiente Eq. TDS (mg/l) = EC (dS/m ó mmho/cm) x 640 La presencia de sales afecta al crecimiento vegetal de tres maneras: (1) efectos osmóticos, causados por la concentración total de sal disuelta en el agua del suelo; (2) toxicidad específica de los iones, causada por la concentración de iones individuales; (3) dispersión de las partículas del suelo, causada por el alto sodio y la salinidad baja. Con el aumento de la salinidad del suelo en la zona de la raíz, las plantas gastan más de su energía disponible para ajustar la concentración de sal dentro del tejido Educación a distancia - Página 15
Proyecto Nireas
(ajuste osmótico) para obtener el agua necesaria del suelo. Por lo tanto, les queda menos energía para crecer. Toxicidad específica de los iones Si la disminución del crecimiento de la cosecha se debe a las concentraciones excesivas de iones específicos, en vez de hablar únicamente de efectos osmóticos, se habla de la “toxicidad específica de los iones.” Los iones que causan mayor preocupación en las aguas residuales son el sodio, el cloro, y el boro. La toxicidad más frecuente al usar agua regenerada suele provenir del boro. Suele encontrarse la fuente del boro en detergentes o en descargas de las plantas industriales. Las cantidades de cloro y de sodio también aumentan debido al uso doméstico, especialmente donde se utilizan los suavizadores de agua. Para las cosechas sensibles, la toxicidad específica de los iones es difícil de corregir si no se puede cambiar la cosecha o la fuente de agua. El problema también se acentúa debido a las condiciones climáticas de altas temperaturas y secas debido a los altos niveles de evapotranspiración. Las concentraciones máximas de oligoelementos sugeridas para las aguas de irrigación están expuestas en la tabla siguiente. En los casos graves, estos elementos tienen a acumularse en las plantas y los suelos, lo que podría provocar riesgos para los humanos y los animales o causar fitotoxicidad en las plantas. Concentraciones máximas de oligoelementos recomendadas en aguas de irrigación
Elemento
Concentración máxima recomendada,b mg/l Observaciones
Al (aluminio)
5,0
Puede causar falta de productividad en los suelos ácidos (pH < 5,5) pero los suelos más alcalinos con un pH > 5,5 precipitarán el ion y eliminarán cualquier toxicidad.
As (arsénico)
0,10
Su toxicidad varía ampliamente, desde los 12mg/l para la hierba del Sudán hasta menos de 0,5 mg/l para el arroz.
Be (berilio)
0,10
Su toxicidad varía ampliamente, desde los 5 mg/l para la col rizada hasta los 0,5 mg/l para las judías verdes.
Gd (cadmio)
0,010
Tóxico para las judías, para las remolachas, y para los nabos en concentraciones tan bajas como 0,1 mg/l en soluciones de nutrientes. Límites bajos recomendados debido a su potencial para la acumulación en plantas y suelos en concentraciones que pueden ser dañinas para los seres humanos.
Co (cobalto)
0,050
Tóxico para la planta del tomate en 0,1 mg/l en solución de nutrientes. Tiende a ser desactivado por los suelos neutrales y alcalinos.
Cr (cromo)
0,10
Generalmente no reconocido como un elemento esencial del crecimiento. Límites bajos recomendados debido a la falta de conocimiento de su toxicidad en plantas.
Cu (cobre)
0,20
Tóxico para cierto número de plantas en concentraciones de 0,1 a 1,0 mg/l en soluciones de nutrientes.
F (fluoruro)
1,0
Desactivado por los suelos neutrales y alcalinos. Educación a distancia - Página 16
Proyecto Nireas
Fe (hierro)
5,0
No tóxico para las plantas en suelos aireados pero puede contribuir a la acidificación del suelo y a la no disponibilidad del fósforo esencial y del molibdeno. La aspersión puede dar lugar a depósitos antiestéticos en las plantas, el equipo, y los edificios.
Li (litio)
2,5
Tolerado por la mayoría de las cosechas hasta 5 mg/M; móvil en suelo. Tóxico para los cítricos en niveles bajos (mg/l >0.075). Similar al boro.
Vn (manganeso)
0,20
Tóxico para varias cosechas desde escasas décimas de mg hasta unos pocos mg/l, pero generalmente solamente en suelos ácidos.
Mo (molibdeno)
0,010
No tóxico para las plantas en concentraciones normales en el suelo y en el agua. Puede ser tóxico para el ganado si el forraje se produce en suelos con altos niveles de molibdeno.
Ni (níquel)
0,20
Tóxico para varias plantas en concentraciones desde 0,5 a 1,0 mg/l; toxicidad reducida con pH neutral o alcalino.
Pb (plomo)
5,00
Puede inhibir el crecimiento de las células de la planta a concentraciones muy elevadas.
Se (selenio)
0,020
Tóxico para las plantas en concentraciones tan bajas como 0,025mg/l y tóxico para el ganado si el forraje se produce en suelos con niveles relativamente altos de selenio añadido. Un elemento esencial para los animales pero en concentraciones muy bajas.
Sn (estaño)
—
Excluido con eficacia por las plantas; tolerancia específica desconocida.
Ti (titanio)
—
(Ver observaciones para el estaño)
W (tungsteno)
—
(Ver observaciones para el estaño)
V (vanadio)
0,10
Tóxico para muchas plantas en concentraciones relativamente bajas.
Zn (zinc)
2,0
Tóxico para muchas plantas en concentraciones muy diversas; toxicidad reducida con un pH > 6,0 y en suelos de textura fna u orgánicos.
a
Adaptado de Ayers y Westcot (1935) y NAS (1972). La concentración máxima se basa en un índice del uso del agua de 1,25 m/año (4 pies/año) que es constante con una buena práctica agrícola. b
(Eddy, 1999) Tasa de filtración del agua Además de la toxicidad del sodio, tal como se ha mencionado anteriormente, otro efecto indirecto del alto contenido de sodio es el deterioro de la condición física del suelo (formación de cortezas, de encharcamientos, de permeabilidad reducida del suelo). Si el nivel de filtración se ve muy reducido, resultará imposible suministrar el agua suficiente a la cosecha o las plantas para asegurar un buen crecimiento. Además, los sistemas de irrigación de agua regenerada suelen estar situados en los suelos menos deseables, ya que tienen problemas de permeabilidad y de gestión. Podría ser necesario, en estos casos, modificar los perfiles del suelo, excavando y cambiando la tierra afectada. El problema de la infiltración del agua se produce en los pocos centímetros que componen la capa superior del suelo y está principalmente relacionado con la estabilidad estructural del suelo superficial. Para predecir un problema de infiltración, se suele usar Educación a distancia - Página 17
Proyecto Nireas
la relaci贸n de adsorci贸n de sodio (SAR). MORE
where the cation concentrations are expressed in meq/l. The adjusted sodium adsorption ratio (adj RNa) is a modification of above Eq., which takes into account changes in calcium solubility in the soil water.
where Na+ and Mg2+ concentrations are expressed in meq/l, and the value of Cax2+, also expressed in meq/l, is obtained from following Table: Values of Cax2+ as a function of the HCO3- / Ca2+ ratio and solubilitya
Educaci贸n a distancia - P谩gina 18
Proyecto Nireas
(Eddy, 1999) Use of the adj RNa value is preferred in irrigation applications with reclaimed water because it reflects the changes in calcium in the soil water more accurately. At a given sodium adsorption ratio, the infiltration rate increases as salinity increases or decreases as salinity decreases. Therefore, SAR, or adj RNa and electrical conductivity (ECw) of irrigation water should be used in combination to evaluate the potential permeability problem. Nutrientes Los nutrientes presentes en el agua regenerada proporcionan un valor fertilizante para la cosecha o la explotación del paisaje. Sin embargo, en ciertos casos, cuando la cantidad de nutrientes es superior a las necesidades de la planta, se pueden producir problemas. Los nutrientes que son importantes para la gestión de la agricultura y del paisaje incluyen el N, el P, y de vez en cuando el K, el Zn, el B, y el S. El nutriente más beneficioso y que suele encontrarse en cantidades excesivas es el nitrógeno. El nitrógeno presente en el agua regenerada puede substituir cantidades equivalentes de fertilizante comercial durante el período comprendido entre el principio de temporada Educación a distancia - Página 19
Proyecto Nireas
hasta la etapa de crecimiento. Una cantidad de nitrógeno excesiva al final del período de crecimiento puede ser perjudicial para muchas cosechas, causando madurez atrasada o desigual, crecimiento vegetativo excesivo, o calidad reducida de la cosecha. En el caso de que sea posible utilizar agua con bajos niveles de nitrógeno, es conveniente cambiar de abastecimiento de agua o mezclar el agua regenerada con otros abastecimientos de agua, tal como se ha hecho a veces para mantener el nitrógeno bajo control, si no, sería necesario hacer uso de la desnitrificación estacional, proceso que es bastante costoso. Otros problemas Los problemas de obstrucción en los sistemas de aspersores y goteo han sido denunciados, particularmente los problemas de los efluentes de las lagunas de oxidación. El crecimiento biológico (limos) en el cabezal del aspersor, en el orificio de emisión, o en los conductos de suministros causan obstrucciones, al igual que las altas concentraciones de algas y de sólidos en suspensión. Los problemas de obstrucción más frecuentes se producen con los sistemas de irrigación por goteo. Desde el punto de vista de la salud pública, estos sistemas suelen considerarse ideales, dado que están completamente cerrados, minimizando así los problemas de la exposición de los trabajadores al agua regenerada o a la deriva de la pulverización. En el agua regenerada no tratada con cloro, los residuales del cloro de menos de 1 mg/l no afectan al follaje de la planta, pero, por otro lado, los residuales del cloro superiores a los 5 mg/l pueden causar un daño grave en la planta cuando el agua regenerada se rocía directamente en el follaje. 3.1
Métodos de irrigación
A parte de los diversos métodos usados para la irrigación, la tecnología moderna podría ser de particular interés debido a las aguas residuales tratadas destinadas a la irrigación. La selección de cualquier método, convencional o moderno, debe realizarse cuidadosamente para poder gestionar un sistema de irrigación de manera eficaz y segura. La selección del método apropiado de irrigación depende de la calidad del efluente, de las cosechas plantadas, de la tradición campesina, de la procedencia y habilidad de los granjeros y de los riesgos potenciales hacia los trabajadores y la salud pública. Métodos convencionales de irrigación superficial • Riego por inundación de laterales o cuencas, mojando prácticamente toda la superficie de la tierra. • Riego por surcos para cultivos en hileras, mojando solamente una parte de la superficie de tierra. • Riego de pequeñas cuencas, donde el agua es suministrada secuencialmente a las pequeñas cuencas o a los árboles individuales. Estos métodos son fáciles de poner en práctica, menos costosos y no requieren electricidad para el uso del agua en el terreno. Estos métodos se practican y son convenientes para muchos países en vías de desarrollo donde el agua es abundante y con Educación a distancia - Página 20
Proyecto Nireas
suelos relativamente planos con texturas de medias a gruesas. El riesgo de contacto de estos métodos es alto e implica que el efluente debe someterse a un nivel avanzado de tratamiento antes de ser usado. Métodos modernos de irrigación Éstos son, en general, redes presurizadas como bombas, flujómetros, válvulas de control y distribución por tuberías, que incluyen: • Aspersores, incluyendo unidades fijas, unidades movibles a mano, pivotes centrales, sistemas side-roll, o mini-aspersores, para que se moje toda la superficie del suelo. • Sistemas superficiales localizados, incluyendo las cintas de exudación, los burbujeadores y los sistemas por goteo.
1. Riego por inundación Uso del agua de irrigación donde toda la superficie del suelo queda cubierta por agua estancada. Riego por inundación
Educación a distancia - Página 21
Proyecto Nireas
El agua es aplicada sobre todo el campo para que se filtre en el suelo (ej. inundación incontrolada, inundación de contorno, laterales, y cuencas). En la inundación incontrolada, se hace llegar una gran cantidad de agua al campo que fluye por la tierra y entre las cosechas. En regiones donde hay agua de manera abundante, la irrigación incontrolada es el método más barato de irrigación; por otro lado, es un método de baja tecnología que suele usarse en países en vías de desarrollo. Debe aplicarse únicamente a las tierras planas que no son ni cóncavas, ni tienen vertientes acentuadas, ya que el agua debe fluir uniformemente por todo el campo. Sin embargo, el 50% del agua suele perderse, y por lo tanto, no puede ser usada por las cosechas. Un poco de este agua malgastada se acumula en los bordes del campo y recibe el nombre de escorrentías. Para conservar un poco de este agua, los cultivadores pueden retener las escorrentías en charcas y volver a usar este agua durante la siguiente inundación incontrolada. Sin embargo, gran parte de las aguas desperdiciadas no pueden ser usadas de nuevo debido a la pérdida masiva producida a través de la evaporación y de la transpiración. Una de las principales ventajas del riego por inundación es su capacidad para deshacerse de las sales del suelo, lo que es de gran importancia para muchas cosechas intolerantes a las sales. Sin embargo, la inundación puede generar un entorno anaeróbico alrededor de la cosecha, lo que puede aumentar la conversión microbiana del nitrógeno del suelo a nitrógeno atmosférico, o desnitrificación, creando así un suelo bajo en nitrógeno. La inundación por oleada es un intento de crear una versión más eficiente que el riego por inundación convencional. Con este método, el agua se vierte en un campo durante unas horas programadas, reduciéndose así los escorrentías Educación a distancia - Página 22
Proyecto Nireas
excesivas. 2. Irrigación por surcos Los surcos son canales pequeños y paralelos, hechos para llevar el agua que irrigará las cosechas. La cosecha crece en los caballones entre los surcos. El método es apropiado para una amplia gama de tipos de suelo, cosechas y pendientes. El agua se vierte entre los caballones (ej. surcos lineales, surcos de contorno, corrugaciones). El agua alcanza el caballón (donde se concentran las raíces de la planta) por la acción capilar. Se suele usar un tipo de irrigación por inundación parcial y superficial con las cosechas sin labrar donde el agua se aplica en surcos o filas con una capacidad suficiente como para contener el sistema de irrigación diseñado. La irrigación por surcos es un tipo de riego por inundación en el cual el agua vertida en el campo se dirige para que fluya a través de los canales estrechos entre las filas de cosechas, en vez de distribuir el agua uniformemente por todo el campo. Los surcos deben tener las mismas dimensiones para garantizar una distribución uniforme del agua. Como con el riego por inundación, la irrigación por surcos suele resultar bastante barata en aquellos lugares donde el agua es igualmente barata. Irrigación por surcos
La irrigación por surcos no moja la superficie total del suelo, y puede reducir la contaminación de la cosecha, porque las plantas crecen en caballones. No se puede garantizar una protección sanitaria completa y el riesgo de contaminación de los trabajadores es de medio a alto, dependiendo del grado de automatización del proceso. Si las aguas residuales tratadas se transportan gracias a tuberías y son vertidas en surcos individuales a través de unas tuberías con compuertas, el riesgo de los trabajadores es Educación a distancia - Página 23
Proyecto Nireas
mínimo, lo que podría permitir el desarrollo de los vectores de enfermedades. La nivelación de la tierra debe realizarse cuidadosamente y debería conseguirse una pendiente apropiada. Las siguientes cosechas pueden regarse mediante la irrigación por surcos: • Cosechas en fila como el maíz, el girasol, la caña de azúcar, y la soja. • Cosechas que serían dañadas por las inundaciones (tomates, verduras, patatas, judías). • Árboles frutales (cítricos, uva). • Cosechas de amplia consumición (trigo). También favorecen las cosechas de árbol. En las fases iniciales de la plantación de árboles, un solo surco junto a la fila de árboles será suficiente pero a medida que los árboles se desarrollan se pueden construir dos o más surcos para proporcionar una cantidad de agua suficiente. Los surcos pueden usarse en la inmensa mayoría de suelos. Los suelos que forman costras superficiales fácilmente suelen ser bastante buenos para la irrigación por surcos ya que el agua no fluye por encima del caballón y por lo tanto, el suelo en el que crecen las plantas sigue siendo friable. La forma de los surcos está influenciada por el tipo del suelo y el tamaño de la corriente. La ubicación de las plantas en un sistema de surcos no es fija y depende de las circunstancias naturales: • En áreas con fuertes precipitaciones, las plantas deben colocarse encima del caballón para prevenir los daños que podrían producir las inundaciones. • Si el agua es escasa las plantas podrían colocarse en el propio surco, para poder beneficiarse más del agua. Para las cosechas en invierno y a principios de primavera en las áreas más frías, las semillas pueden ser plantadas en el lado soleado del caballón. En las áreas más calientes las semillas pueden plantarse en el lado sombrío del caballón para protegerlas contra el sol. 3. Riego en alcorque Para el riego en alcorque, las áreas planas de tierra rodeadas por embrozados bajos evitan que el agua fluya a los campos adyacentes. El riego en alcorque se utiliza para el arroz producido en tierras planas. En general el método en alcorque es perfecto para las cosechas a las que no les afecta estar en el agua por largos períodos de tiempo. Otras cosechas que pueden ser irrigadas son: • Pastos (alfalfa, trébol). • Árboles (cítricos, plátanos). • Cosechas de amplia consumición (cereales). • Algunas cosechas de fila como el tabaco. Riego en alcorque
Educación a distancia - Página 24
Proyecto Nireas
El riego en alcorque no es adecuado para aquellas cosechas que no puedan estar en condiciones húmedas o anegadas por períodos de más de 24 horas. Éstas suelen ser cosechas como patatas, mandioca, remolacha y zanahorias que requieren suelos bien drenados. La construcción de cuencas es más fácil cuanto más plana sea la superficie de la tierra. Se suele hacer una separación entre el arroz y las demás cosechas. El arroz con cáscara se produce en suelos arcillosos. El arroz también podría producirse en suelos arenosos. Muchas otras cosechas pueden producirse en suelos arcillosos, mientras que los suelos limosos son mejores para el riego en alcorque ya que así pueden evitarse las inundaciones. Las arenas gruesas no se recomiendan para el riego en alcorque debido al alto índice de filtración del suelo, ni tampoco aquellos suelos que forman una corteza dura cuando se secan. La forma de las cuencas, así como su tamaño quedan determinadas por la pendiente del terreno, el tipo de suelo, el tamaño de la corriente disponible, la profundidad requerida para la irrigación y las prácticas agrícolas. La cuencas deben ser pequeñas si: • La cuesta del terreno es escarpada. • El suelo es arenoso. • El tamaño de la corriente hasta la cuenca es pequeña. • La profundidad requerida para la irrigación es pequeña. • La preparación del campo se hace a mano o por tracción animal. Las cuencas pueden ser grandes si: • La cuesta del terreno es poco inclinada o plana. • El suelo es arcilloso. • El tamaño de la corriente hasta la cuenca es grande. • La profundidad requerida para la irrigación es grande. Educación a distancia - Página 25
Proyecto Nireas
•
La preparación del campo se hace por medios mecánicos.
4. Riego por aspersión El riego por aspersión es similar a la lluvia natural. El agua se aplica en forma de espray y alcanza el suelo de la misma manera que la lluvia (ej. aspersores movibles y estáticos, aspersores zancudos, pistolas marcadoras, sistemas de pivote central). Se trata de un sistema de irrigación en el cual el agua es aplicada mediante tubos perforados o boquillas manejadas bajo presión para formar un modelo de espray. Riego por aspersión
Los sistemas por aspersión son los más comunes. Trabajan en cuestas con una inclinación de hasta el 30% y no se ven limitados por la calidad de las aguas residuales. Los tubos laterales que suministran el agua a los aspersores deben colocarse a lo largo de la tierra siempre que sea posible. Esto minimizará los cambios en la presión de los aspersores y proporcionará una irrigación uniforme. Todos los tipos de cosechas pueden regarse usando sistemas por aspersión. Se adapta a la mayoría de filas, campos y árboles y el agua puede rociarse por encima o por debajo de la cosecha. No se recomienda usar aspersores de gran tamaño para la irrigación de cosechas delicadas como la lechuga, porque las gotas de gran tamaño producidas por los aspersores pueden dañar la cosecha. Los sistemas por aspersión fijos, que son los más usados para la reutilización de aguas residuales, son: el pivote central, la pistola movible, y los sistemas laterales movibles que también tienen sus aplicaciones. Las aspersores se adaptan a los suelos arenosos con altos niveles de infiltración pero pueden utilizarse para la mayoría de los suelos, aunque no son convenientes para los suelos que forman cortezas fácilmente. Algunas desventajas que se presentan al usar los sistemas por aspersión son la compra, los altos costes de instalación, y el amplio espacio necesario para el equipo. Otra gran limitación de los sistemas por aspersión, sobre todo cuando se están reutilizando aguas Educación a distancia - Página 26
Proyecto Nireas
residuales, es la deriva de los aspersores. Deben incluirse reveses en la disposición del campo para minimizar la deriva del espray sobre los caminos y las viviendas. Los típicos sistemas por aspersión cuentan con los componentes siguientes: • Unidad de bombeo. • Líneas principales y secundarias (a veces). • Laterales móviles. • Aspersores. Para evitar el bloqueo de la boquilla del aspersor y para evitar estropear la cosecha al cubrirla con sedimentos, el agua debe estar limpia y libre de sedimentos en suspensión. Cuando el agua es pulverizada desde un aspersor, ésta se descompone en pequeñas gotas con un tamaño que va desde los 0,5 hasta los 4 milímetros. Estas gotas caen cerca del aspersor y las más grandes caen cerca del límite de la zona mojada. Las gotas grandes dañan los cultivos y suelos más delicados por lo que es preferible usar aspersores de pequeño tamaño (boquillas de pequeño diámetro). Para lograr una buena uniformidad, varios aspersores debe colocarse juntos. Esta uniformidad puede verse afectada por el viento y la presión del agua. Es por esta razón que los aspersores deben colocarse cerca los unos de los otros para reducir los efectos del viento. 5. Pivote central El pivote central es un tipo de riesgo por aspersión automatizado que se lleva a cabo mediante la rotación automática de la tubería del aspersor, suministrando agua a las boquillas de los aspersores para que el radio central del campo sea regado. El agua se suministra al centro del sistema. La tubería está apoyada sobre unas torretas espaciadas entre sí, lo que permite que dicha tubería esté elevada sobre el nivel del suelo. Dicha tubería es propulsada por medio de energía neumática, mecánica, hidráulica, o eléctrica que es suministrada a las ruedas o patines, con una trayectoria circular fija y con una velocidad angular uniforme. Riego por pivote central
Educación a distancia - Página 27
Proyecto Nireas
El agua es aplicada a una frecuencia uniforme por el aumento progresivo del tamaño de la boquilla desde el pivote hasta el extremo de la línea. La profundidad del agua aplicada es determinada por la velocidad de desplazamiento del sistema. Las unidades únicas pueden irrigar un área circular de unos 0,4 km2. 6. Pistolas marcadoras La pistola marcadora es un sistema de riego por aspersión que consiste en una boquilla única de gran tamaño que gira y se autopropulsa. El nombre hace referencia al hecho de que la base está sobre ruedas y puede moverse por el rociador o pegada a un cable guía. Pistola marcadora
Educación a distancia - Página 28
Proyecto Nireas
7. Sistemas por goteo La irrigación por goteo, a veces denominada irrigación por chorro, consiste en el goteo de agua en el suelo a baja velocidad, desde un sistema de tubos de plástico de bajo diámetro a los que están pegados unas salidas llamadas emisores o goteadores. El agua es aplicada cerca de las plantas por lo que se moja una pequeña parte del suelo cerca de las raíces de dicha planta. La irrigación por goteo es muy frecuente y además proporciona una alta humedad al suelo. Mientras que la irrigación por goteo es el método más costoso de irrigación, también es el método más avanzado y más eficiente en lo que a su uso eficaz del agua se refiere. Se utiliza generalmente para irrigar cosechas de fila como frutas y verduras, árboles y vides donde varios emisores pueden ser aplicados a una sola planta. Dado que es un sistema de alto coste, se aplica solamente a cosechas de elevado valor. Este sistema consiste en tubos perforados que son colocados por filas de cosechas o enterrados a lo largo de las líneas de raíces y que vierten el agua directamente sobre las cosechas que la necesitan. En consecuencia, la evaporación se reduce drásticamente y se conserva un 25% más de Educación a distancia - Página 29
Proyecto Nireas
agua que con el riego por inundación. La irrigación por goteo es adaptable a cualquier cuesta y es adecuada para la mayoría de suelos. En suelos arcillosos el agua se debe aplicar lentamente para evitar la acumulación superficial y la salida del agua, por otro lado, los suelos arenosos necesitarán una descarga mayor del emisor. El agua con un alto contenido en sales debería ser filtrada antes de ser usada porque podría obstruir los emisores y crear una acumulación local de sales en el suelo alrededor de las plantas si el agua de irrigación contiene sales solubles. En el caso de que el agua también contenga algas, los depósitos del fertilizante y las sustancias químicas disueltas como el calcio y el hierro también podrían provocar el bloqueo de los emisores. Los típicos sistemas por goteo cuentan con los componentes siguientes: • Unidad de bombeo. • Cabezal de control. • Líneas principales y secundarias. • Laterales móviles. • Emisores o goteadores. Sistema de riego por goteo
Educación a distancia - Página 30
Proyecto Nireas
En un sistema de riego por goteo, el agua se aplica directamente a la zona de la raíz de las plantas por medio de los aplicadores (orificios, emisores, tuberías porosas, tuberías perforadas, etc.) manejados a baja presión para colocar los aplicadores bien encima o debajo de la superficie del suelo. Los sistemas de riego por goteo utilizan emisores de baja frecuencia para vertir aguas residuales lentamente a la planta. Las aguas residuales deben tener una baja concentración de sólidos, y en ocasiones, podría ser necesario proceder a la desinfección para reducir las películas biológicas que podrían bloquear los emisores. Los sistemas por goteo se pueden utilizar en cualquier cuesta y son perfectos para las plantas permanentes, como es el caso de los jardines. Los costes del equipo y de la instalación de los sistemas por goteo pueden ser altos, pero el espray no crea problemas de deriva. En comparación con otros sistemas, las ventajas principales del riego por goteo (o por chorro) son: • Aumento del crecimiento de la cosecha y de la producción mediante la optimización del agua, de los nutrientes y de los regímenes de aire en la zona de la raíz. • Irrigación de alta eficacia porque el regulador de salida no se ve bloqueado, no hay deriva del viento o pérdidas en la transmisión, ni pérdida mínima del drenaje. • Contacto mínimo entre los trabajadores y las aguas residuales. • Necesidades energéticas bajas ya que el sistema por goteo requiere una presión del agua de sólo 100-300 kPa (1-3 bar). Educación a distancia - Página 31
Proyecto Nireas
•
Bajos requisitos de trabajo porque el sistema por goteo puede automatizarse fácilmente, llegando incluso a permitir tanto el riego como la fertilización.
8. Riego por burbujeador El riego por burbujeador es una técnica relativamente nueva que se diseñó para el riego localizado de árboles evitando la necesidad de utilizar orificios de pequeño tamaño. Este sistema requiere, por lo tanto, un tratamiento menor de las aguas residuales pero, por otro lado, necesita una colocación precisa para que la aplicación sea de éxito. Riego por burbujeador
Los sistemas por burbujeador (burbujeadores, tuberías, válvulas, zanjas, y cuencas), al igual que los sistemas por goteo, requieren un mantenimiento continuado. Los sistemas por burbujeador son objeto del vandalismo y del desgaste, particularmente en los sitios comerciales, institucionales y multifamiliares. Además, las cuencas y los fosos tienen que mantenerse limpios para prevenir los desbordamientos. Debido a los flujos más altos, los sistemas por burbujeador pierden más agua cuando se producen escapes, roturas, o exceso de uso. Código general de uso para los efluentes de aguas residuales domésticas tratadas usados para el riego 1. El tratamiento y la desinfección de aguas residuales deben mantenerse continuamente para lograr una operación satisfactoria y eficaz siempre y cuando el efluente de aguas residuales tratadas estén destinadas al riego, y respetando Educación a distancia - Página 32
Proyecto Nireas
siempre la legislación existente. 2. Deberían contratarse operadores expertos para hacerse cargo de la planta de tratamiento y de desinfección para hacer cumplir las condiciones expuestas en el punto 1, tras haber recibido la aprobación correspondiente por parte de la autoridad competente asegurando que están calificados para llevar a cabo las tareas necesarias. 3. La planta de tratamiento y de desinfección debe cuidarse todos los días respetando el programa publicado por las autoridades. Se guardarán todos los expedientes de las diversas operaciones respetando las instrucciones de las autoridades competentes. También deberá mantenerse una copia dentro de la planta de tratamiento para que ésta esté siempre disponible. 4. Todos los enchufes, llaves y válvulas del sistema de irrigación deben estar correctamente asegurados para prevenir su uso por parte de personas no autorizadas. Todos estos enchufes deberán ser de color rojo y estar etiquetados adecuadamente para informar de que el agua no es potable. 5. No se permite ninguna conexión cruzada con ninguna tubería o trabajos con tuberías que transportan agua potable. Todas las tuberías que transportan efluentes de aguas residuales deben estar correctamente marcadas de color rojo o con una cinta distintiva para distinguirlos del abastecimiento de agua. En aquellos casos en los que sea extrictamente necesario poner cerca las tuberías de efluentes/aguas residuales y las de abastecimiento, las tuberías de aguas residuales deberán enterrarse a una distancia de al menos 0,5 m de las tuberías de abastecimiento de agua. 6. Los métodos de irrigación permitidos y las condiciones de uso son diferentes dependiendo de las plantaciones: ◦ Césped y ornamentos en áreas de recreo de acceso ilimitado: ▪ Métodos de irrigación subsuperficiales. ▪ Riego por goteo. ▪ Aspersores subterráneos con tasas de precipitación de baja y alta presión, aspersores de ángulo bajo (menos de 11 grados). La aspersión se llevará a cabo preferiblemente de noche y cuando no haya nadie cerca. ◦ Césped y ornamentos en áreas de recreo de acceso limitado, industriales y de forraje: ▪ Riego subsuperficial. ▪ Burbujeadores. ▪ Riego por goteo. ▪ Aspersores subterráneos. ▪ Métodos de riego superficial. ▪ Aspersores de baja capacidad. ▪ Se permiten los espráis o el riego por aspersión, en una zona de aislamiento de unos 300 metros. Para el forraje, se recomienda detener el riego al menos una semana antes de la cosecha. Educación a distancia - Página 33
Proyecto Nireas
Además, no se debería permitir el pasto de ningún animal de ordeño en aquellos pastos irrigados con aguas residuales. Dicha situación debería ser comunicada a los servicios veterinarios. ◦ Vides: ▪ Riego por goteo. ▪ Mini aspersores y aspersores (en caso de que las cosechas se mojen, se deberá detener el riego dos semanas antes de cosechar). ▪ Los sistemas de riego móviles no están permitidos. ▪ No debe recogerse ninguna cosecha del suelo. ◦ Árboles frutales. ▪ Riego por goteo. ▪ Riego en alcorque. ▪ Riego por burbujeadores. ▪ Mini aspersores. No se recogerá ninguna fruta del suelo, a excepción de los frutos secos. En caso de que las cosechas se mojen, la irrigación deberá deternerse una semana antes de cosechar. ◦ Verduras. ▪ Riego subsuperficial. ▪ Riego por goteo. Las cosechas no deben entrar en contacto con el suelo o los efluentes (sólo aquellas verduras permitidas). Podrían considerarse otros métodos de riego. ◦ Verduras que se comen cocinadas. ▪ Aspersores. ▪ Riego subsuperficial. ▪ Riego por goteo. Se pueden usar otros métodos de riego tras la aprobación de la autoridad competente. Por otro lado, estas mismas autoridades pueden restringir el uso de cualquier método de riego para proteger la salud pública y el medio ambiente. 7. Deberían mantenerse las instalaciones convenientes en el mismo lugar de tratamiento para supervisar los parámetros esenciales de calidad. MORE ABOUT AGRICULTURAL IRRIGATION http://www.fao.org/docrep/T0551E/t0551e07.htm http://www.fao.org/docrep/T0551E/T0551E00.htm
4
RIEGO DEL PAISAJE Educación a distancia - Página 34
Proyecto Nireas
La segunda categoría, la irrigación del paisaje, incluye la irrigación de parques; áreas de juego; campos de golf; medianas de autopista; áreas ajardinadas alrededor de zonas comerciales, zonas de oficinas, y de zonas industriales; y áreas ajardinadas alrededor de zonas residenciales. Muchos proyectos de irrigación del paisaje implican el uso de sistemas de distribución duales: una red de distribución para el agua potable y otra para el agua regenerada.
Las limitaciones y problemas principales de la irrigación del paisaje se exponen a continuación: Problemas/limitaciones • Contaminación de las aguas superficiales y subterráneas si no se gestionan correctamente. • Efectos de la calidad del agua, sobre todo las sales, en los suelos y cultivos. • Preocupaciones por la salud pública relacionadas con los agentes patógenos (ej.: bacterias, virus, y parásitos). • El control del área, incluyendo la zona tampón, puede dar lugar a altos costes. Al igual que con la irrigación agrícola, existen cuatro categorías principales para los principales problemas de gestión asociados a la calidad del agua de riego: Educación a distancia - Página 35
Proyecto Nireas
(1) Salinidad. (2) Toxicidad específica de los iones. (3) Tasa de filtración del agua. (4) Otros problemas. Los métodos más comunes de irrigación (tal como se expone en la irrigación agrícola), para su reutilización en el paisaje, son: • • • •
5
Riego por aspersión. Riego con pistola marcadora. Riego por goteo. Riego por burbujeador.
RECICLAJE Y REUTILIZACIÓN INDUSTRIALES
El tercer uso principal que se le da al agua regenerada se encuentra en las actividades industriales, sobre todo en el enfriamiento y el proceso. El agua de enfriamiento supone la reutilización industrial del agua predominante y, sólo con las torres de refrigeración o las piscinas de desactivación, se crea la mayor demanda de agua para usos industriales. Educación a distancia - Página 36
Proyecto Nireas
Las aplicaciones industriales son variadas y en ocasiones es necesario someter el agua a un tratamiento adicional además del tratamiento convencional secundario que se le da a la aguas residuales. Las limitaciones y problemas principales del reciclaje y reutilización industriales se exponen a continuación: Problemas/limitaciones • Los constituyentes presentes en el agua regenerada relacionados con la escamación, la corrosión, el crecimiento biológico, y la podredumbre. • Riesgos para la salud pública, particularmente por la transmisión a través de los aerosoles de elementos patógenos presentes en el agua de enfriamiento. • La conexión cruzada de líneas de agua potable y de agua regenerada. Operación de las torres de refrigeración De todas las aplicaciones industriales que recurren a la reutilización de agua, el agua de reposición de las torres de refrigeración representa un uso significativo del agua para muchas industrias y es actualmente la aplicación industrial predominante que recurre a la reutilización del agua. Para las industrias como las plantas generadoras de energía eléctrica, las refinerías de petróleo, y muchos otros tipos de fábricas, el agua de reposición de las torres de refrigeración podría suponer de un cuarto a la mitad del agua total utilizada. El principio básico de la operación de una torre de refrigeración es la condensación evaporativa y el intercambio de calor sensible. La mezcla de aire y de agua libera calor latente de vaporización. El agua expuesta a la atmósfera se evapora y mientras el agua se transforma en vapor, el calor se consume. Bajo condiciones de funcionamiento normales, la pérdida de agua vertida por la torre de refrigeración a la atmósfera bajo forma de vapor húmedo caliente asciende a aproximadamente el 1,2% por cada 5,5°C en la gama de refrigeración. El derive, o el agua perdida desde la parte superior de la torre por el viento, es el segundo mecanismo por el cual el sistema de refrigeración pierde agua. Alrededor del 0,005% del agua que recircula se pierde de esta manera. Mientras que la evaporación hace que el sistema pierda agua, la concentración de sales aumenta porque la evaporación no elimina las sales. Para prevenir la formación de sedimentos en el agua (más concentrada) de la torre, una porción del agua de refrigeración concentrada se descarga y se substituye por agua de reposición con una baja concentración en sales para mantener un equilibrio apropiado de sal. El descargue de este agua altamente salina fuera del sistema de la torre de refrigeración recibe el nombre de purga. Esquema del equilibrio de sales en el sistema de evaporación y de recirculación de la torre de refrigeración7 7
Warm air + evaporated water (no salt) = QeCe, plus drift (high salt) = QdCd, Warm water, Industrial process, Cool dry air, Cool water, Blowdown = QbCb (high salt), Makeup = QmCm (low salt), Salt in makeup = salt out in blowdown and drift: aire caliente + agua evaporada (sin sales) = QeCe, más la deriva (alta en sales) = QdCd, agua caliente, proceso industrial, aire frío y seco, Educación a distancia - Página 37
Proyecto Nireas
(Eddy, 1999) Cuando los ciclos de concentración están entre el 3 y el 7, algunos de los sólidos en suspensión presentes en el agua en circulación pueden exceder sus límites de solubilidad y precipitarse, causando la formación de escamas en tuberías y refrigeradores. Para evitar la formación de escamas, suele usarse ácido sulfúrico para convertir los carbonatos de calcio y de magnesio en compuestos de sulfato más solubles. La cantidad de ácido usado debe limitarse para mantener cierta alcalinidad residual en el sistema. Si el pH del sistema se reduce muy por debajo de 7, podría producirse corrosión acelerada. Se suelen encontrar cuatro problemas de calidad agua fría, purga = QbCb (alta en sales), reposición = QmCm (pocas sales), sales en la reposición = sal descargada por la purga y la deriva. Educación a distancia - Página 38
Proyecto Nireas
principales relacionados con las operaciones industriales de las torres de enfriamiento: (1) Escamación. (2) Corrosión metálica. (3) Crecimiento biológico. (4) Podredumbre en los intercambiadores de calor y condensadores. Tanto el agua corriente como el agua regenerada contienen constituyentes que pueden dar lugar a estos problemas, aunque su concentración en agua regenerada suele ser mayor.
6
REPOSICIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
La cuarta aplicación para la reutilización de las aguas regeneradas es la reposición de las aguas subterráneas, bien mediante la inundación superficial en cuencas, bien mediante la inyección directa a los acuíferos de agua subterránea. La reposición de aguas subterráneas implica la asimilación del agua regenerada para reabastecimiento, el almacenamiento en acuíferos de agua subterránea, o el establecimiento de barreras hidráulicas contra la intrusión del agua salada en áreas costeras. Las limitaciones y problemas principales de la reposición de aguas subterráneas se exponen a continuación: Problemas/limitaciones • Posible contaminación de los acuíferos de aguas subterráneas utilizadas como fuente de agua potable. • Sustancias químicas orgánicas presentes en el agua regenerada y sus efectos toxicológicos. • Sólidos en suspensión, nitratos y agentes patógenos presentes en el agua regenerada. El almacenamiento de agua bajo tierra también presenta algunas ventajas: (1) El coste de la reposición artificial podría ser menor que el coste de depósitos de la misma capacidad en la superficie. (2) El acuífero puede servir como un sistema de distribución, por lo que eliminaría la necesidad de tuberías y canales superficiales. (3) El agua almacenada en los depósitos superficiales está sometida a la evaporación, a importantes problemas de gusto y de olor debido a las algas y demás productividad acuática, y a la contaminación. (4) Los lugares convenientes para los depósitos superficiales pueden no estar disponibles o no ser ambientalmente aceptables. (5) La inclusión de la reposición de aguas subterráneas en un proyecto de reutilización indirecta puede también proporcionar beneficios secundarios para la salud, para la salud psicológica, y beneficios estéticos como resultado de la transición entre aguas regeneradas y aguas subterráneas. Educación a distancia - Página 39
Proyecto Nireas
Suelen usarse dos métodos de reposición de aguas subterráneas con el agua regenerada: (1) Inundación superficial en cuencas, e; (2) Inyección directa a los acuíferos de agua subterránea. Reposición de aguas subterráneas mediante la inundación superficial en cuencas En la inundación superficial, las aguas de reposición se filtran desde las cuencas inundadas a través de una zona no saturada de aguas subterráneas (zona vadosa). Las cuencas de infiltración son los métodos preferidos para llevar a cabo la reposición porque permiten el uso eficiente del espacio y requieren relativamente poco mantenimiento. En aquellos lugares donde las condiciones hidrogeológicas son favorables para la reposición de aguas subterráneas con cuencas de inundación, la regeneración del agua puede ejecutarse de manera relativamente simple gracias a la infiltración rápida (también conocido como sistema de tratamiento suelo-acuífero o geopurificación (SAT, por sus siglas en inglés: soil-aquifer treatment)). Dado que la reposición de aguas subterráneas puede ser una fuente eventual de abastecimiento de agua potable, la reposición de aguas subterráneas con agua regenerada suele implicar un tratamiento adicional a parte del tratamiento secundario convencional. Para las operaciones superficiales de inundación, los procesos comunes de regeneración de aguas residuales antes de la reposición incluyen el tratamiento primario y secundario de las aguas residuales, y la filtración terciaria de grano medio seguida por la desinfección con cloro o la radiación ultravioleta. Esquema de un sistema de tratamiento suelo-acuífero (SAT) con recuperación de agua renovada mediante: (a) drenajes subsuperficiales, (b) pozos alrededor de las cuencas inundadas, y (c) pozos a medio camino entre dos franjas paralelas de cuencas8
8 (a) Recharge zone: zona de recarga. (b) Recharge zone, extraction well: zona de recarga, pozo de extracción. (c) Extraction well, recharge zone, observation well: pozo de extracción, zona de recarga, pozo de observación. Educación a distancia - Página 40
Proyecto Nireas
(Eddy, 1999) Hay cuatro tipos de sistemas de tratamiento de la tierra en los que se ejecuta el método Educación a distancia - Página 41
Proyecto Nireas
superficial de inundación: 1. 2. 3. 4.
Sistema de riego lento. Sistema de flujo terrestre. Sistemas de filtración rápida. Riego por goteo subsuperficial.
1. Sistema de riego lento Los sistemas de riego lento son los sistemas de suelo más usados. Proporcionan los nutrientes esenciales para satisfacer los requisitos de crecimiento de las cosechas agrícolas. Las aguas residuales pretratadas son aplicadas a la tierra (la textura del suelo va de lo arenosos a lo arcilloso), mediante aspersores o distribución superficial, a una velocidad relativamente lenta (0,5-6 m/año) (velocidad semanal de 1,3-10 cm) y sirve como fuente de nutrientes para el forraje (ej., alfalfa, grama, lolium), o para los cultivos de campo (ej., maíz, algodón, cebada). Algunas desventajas del sistema de riego lento son el coste de la tierra, los altos gastos de explotación, y el transporte de las aguas residuales hasta el sitio de tratamiento. Sistema de riego lento9
(Gabriel Bitton, 2005)
9
Slow rate land treatment, applied wastewater, percolation, evapotranspiration: sistema de riego lento, agua residual aplicada, percolación, evapotranspiración. Educación a distancia - Página 42
Proyecto Nireas
2. Sistema de flujo terrestre El agua residual es aplicada a una velocidad de 3-20 m/año o más y fluye cuesta abajo por una superficie cubierta de hierba (2-8%) con una longitud de 30-60 m. Los suelos más convenientes son los arcillosos o arcilloso-limosos con un permeabilidad baja (igual o menor de 0,5 cm/h) para limitar la percolación de las aguas residuales a través del perfil del suelo. El efluente tratado es capturado en un canal de recolección. Los nutrientes (N, P, y BOD), los sólidos en suspensión, y los patógenos son eliminados a medida que el agua residual fluye cuesta abajo. Sistema de flujo terrestre10
(Gabriel Bitton, 2005) 3. Sistemas de filtración rápida Las aguas residuales se aplican intermitentemente a altas velocidades (6-125 m/año) sobre un suelo permeable (ej., arena o arena limosa). La mayor parte de las aguas residuales aplicadas fluyen hacia los acuíferos de aguas subterráneas. Las aguas residuales tratadas se pueden recoger gracias a pozos de recuperación. La profundidad mínima para las aguas subterráneas es de 1 m durante períodos de inundación y de 1.5-3 m durante períodos secos. El potencial de los sistemas de infiltración rápida es más bajo que en los sistemas lentos. La eliminación del nitrógeno suele ser baja, pero se puede aumentar mediante la desnitrificación. La desnitrificación requiere niveles adecuados de carbono (tal como se encuentran en efluentes primarios) y bajos niveles de oxígeno, necesitando períodos de inundación de hasta 9 días seguidos por períodos de secado de 10 Overland flow, applied wastewater, slope 2-8%, grass and vegetative litter, sheet flow, percolation, evapotranspiration, runoff collection: flujo terrestre, agua residual aplicada, cuesta de 2-8%, lecho vegetal y de hierba, flujo, percolación, evapotranspiración, escorrentía de agua. Educación a distancia - Página 43
Proyecto Nireas
alrededor 2 semanas. 4. Riego por goteo subsuperficial El riego por goteo subsuperficial se practica en zonas áridas para ahorrar agua. Consiste en el goteo de agua cerca de la zona de la raíz (30-50 cm debajo de la superficie del suelo) a una velocidad que depende de los requisitos de agua de la planta. Esta práctica ayuda a evitar o a minimizar la producción biológica de aerosoles, la contaminación de las partes aéreas de cosechas y el flujo de las aguas residuales hacia las aguas subterráneas. En investigaciones anteriores, se demostró que el riego por goteo subsuperficial del césped puede reducir el riesgo de contaminación de los patógenos virales potenciales en comparación con el riego por aspersión. De manera parecida, con respecto al riego por aspersión, ha quedado demostrado que el riego por goteo superficial y subsuperficial reduce la contaminación vegetal de ooquistes Cryptosporidium y quistes Giardia. Típica instalación de riego por goteo subsuperficial
Esquema de un típico sistema de riego por goteo subsuperficial11
11 Typical curtain drain, soil backfill, native ground surface, slope, filter fabric, 2-4 cm drainrock washed free of fine material, 12 ml PVC sheeting, Φ90 perforated drainpipe: típico dren de interceptación, suelo relleno, superficie de tierra original, cuestra, tela del filtro, roca de drenaje de 24 cm sin materiales finos, cubierta de PVC de 12 ml, tubo de drenaje perforado de Φ90. Educación a distancia - Página 44
Proyecto Nireas
Reposición de aguas subterráneas mediante inyección directa La reposición subsuperficial directa se logra cuando el agua es transportada e inyectada directamente en un acuífero de agua subterránea. Con la inyección directa, suele inyectarse directamente agua regenerada muy tratada en las zonas de agua subterránea saturada, generalmente en un acuífero bien cerrado. La reposición de aguas subterráneas por inyección suele llevarse a cabo, la mayoría de las veces, allí donde las aguas subterráneas son profundas o donde la topografía o la utilización existente del suelo hace que la inundación superficial sea poco práctica o demasiado costosa. Este método de reposición de aguas subterráneas es particularmente eficaz para crear barreras de agua dulce en acuíferos costeros contra la intrusión del agua salada del mar. Las partículas constituyentes, incluyendo los microorganismos, presentes en el agua regenerada son eliminadas mediante la filtración y retenidas de manera efectiva por la matriz del suelo. Además de los constituyentes comunes de mineral disuelto, el agua regenerada contiene muchos oligoelementos disueltos. La acción física de la filtración, sin embargo, no logra eliminar estos contaminantes inorgánicos disueltos. Para que las trazas de metal sean retenidas por la matriz del suelo, se necesita que las reacciones físicas, químicas o microbiológicas inmovilicen los constituyentes disueltos. En un sistema de reposición de aguas subterráneas, el impacto de la actividad microbiana en la atenuación de los constituyentes inorgánicos es pequeño. Las reacciones físicas y químicas en el suelo que son consideradas importantes en cuanto a elementos de trazas de metal incluyen el intercambio catiónico, la precipitación, la adsorción superficial, y la quelación y la complejación. Aunque los suelos no posean una capacidad ilimitada para atenuar Educación a distancia - Página 45
Proyecto Nireas
componentes inorgánicos, se ha demostrado en estudios experimentales que los suelos poseen la capacidad de conservar grandes cantidades de elementos de trazas de metal. Por lo tanto, es lógico que un sitio usado para la reposición de aguas subterráneas pueda ser eficaz para retener trazas de metal por largos periodos de tiempo. La biodegradación de sustancias fácilmente degradables suele ocurrir casi exclusivamente en el primer metro o a 0,6 m de profundidad. Esto supone otra prueba de que una porción de la degradación observada se da en la estera biológica que se forma en la superficie de infiltración de la cuenca inundada. El destino de algunos de los compuestos orgánicos más resistentes encontrados en el agua de reposición no se entiende todavía del todo. La contaminación de las aguas subterráneas por parte de microorganismos patógenos no ha recibido tanta atención como la contaminación del agua superficial. Se ha asumido generalmente que las aguas subterráneas están libres de microorganismos patógenos. Sin embargo, varios brotes bien documentados de enfermedades han sido localizados en aguas subterráneas contaminadas. El destino de los patógenos bacterianos y de los virus en el medio subsuperficial queda determinado por sus características de supervivencia y por su retención en la matriz del suelo. La supervivencia y la retención son determinadas en gran parte por (1) el clima, (2) la naturaleza del suelo, y (3) la naturaleza de los microorganismos. La temperatura y las precipitaciones son dos factores climáticos importantes que afectan a la supervivencia y al movimiento viral y bacteriano. A altas temperaturas, la desactivación o la extinción natural es bastante rápida. Para las bacterias, y probablemente para los virus, la velocidad de extinción se multiplica aproximadamente por dos con cada subida de 10°C entre los 5 y 30°C. El agua de lluvia, debido a su bajo nivel de pH, puede eluir las partículas fijadas por la adsorción del virus, pudiendo moverse entonces con las aguas subterráneas. Las características físicas y químicas del suelo también desempeñarán un papel importante en la supervivencia y en la retención de microorganismos. Las propiedades del suelo influyen en la capacidad de retención de la humedad, en el pH, y en la materia orgánica. Todos estos factores controlan la supervivencia de las bacterias y de los virus en el suelo. Resumen de los factores principales que rigen el transporte de los patógenos microbianos a través del suelo Factores
Comentarios
Tipo de suelo
Los suelos de textura fina retienen mejor los microorganismos que los suelos de textura suelta. Los óxidos de hierro aumentan la capacidad adsorbente de los suelos. Los suelos humíferos suelen tener una capacidad absorbente pobre.
Filtración
Filtrar las bacterias en la superficie del suelo limita su movimiento.
pH
Generalmente, la absorción aumenta cuando el pH disminuye.
Cationes
La adsorción aumenta en presencia de los cationes (los cationes ayudan a reducir las fuerzas repulsivas de los microorganismos y de las partículas del suelo). El agua de lluvia puede desadsorber los virus del suelo debido a su baja Educación a distancia - Página 46
Proyecto Nireas
conductividad. Materia orgánica soluble
Suele competir con los microorganismos por los sitios de adsorción. El ácido húmico y fúlvico reduce la adsorción de virus por los suelos.
Tipo de microbios
La adsorción por los suelos varía con el tipo y cepas microbianas.
Velocidad de flujo
Cuanto más alta sea la velocidad del flujo, menor será la adsorción microbiana.
Flujo saturado contra desaturado
El movimiento del virus es menor bajo condiciones de flujo no saturadas.
(Gabriel Bitton, 2005) Resumen de los factores principales que rigen la persistencia de los patógenos microbianos en el suelo Factores
Comentarios
Factores físicos Temperatura
Mayor supervivencia a bajas temperaturas; mayor supervivencia en invierno que en verano.
Capacidad de retención del agua
Menor supervivencia en suelos arenosos con menor capacidad de retención del agua.
Luz
Menor supervivencia en la superficie del suelo.
Textura del suelo
La arcilla y los materiales húmicos aumentan la retención del agua en los suelos, afectando así a la supervivencia microbiana.
Factores químicos pH
Puede controlar indirectamente la supervivencia controlando la adsorción de los suelos, particularmente para los virus.
Cationes
Algunos (ej., Mg2+ ) podrían estabilizar térmicamente los virus.
Materia orgánica
Podría influenciar le supervivencia y el crecimiento bacteriano.
Factores biológicos Antagonismos de la microflora del suelo
Mayor supervivencia en suelos estériles. Ninguna tendencia clara sobre el efecto de la microflora del suelo sobre los virus.
(Gabriel Bitton, 2005) Los factores a considerar para la formulación de las directrices de la reposición de aguas subterráneas se resumen en la tabla siguiente: Factores a considerar para la formulación de las directrices de la reposición de aguas subterráneas Inundación superficial Tratamiento
Control de la fuente de sustancias químicas tóxicas. Sedimentación primaria y tratamiento biológico secundario. Filtración terciaria de grano medio (activada posiblemente por adsorción del carbono para eliminación de la materia orgánica). Educación a distancia - Página 47
Proyecto Nireas
Desinfección. Profundidad hasta aguas subterráneas
Percolación a través de una zona no saturada de suelo inalterado. Profundidad hasta aguas subterráneas en el rango de 3 a 15 m (110 a 50 pies) dependiendo del índice de percolación del suelo.
Tiempo de retención en el suelo
De 6 a 12 meses dependiendo del tipo de tratamiento previo.
Porcentaje máximo de aguas residuales depuradas
Del 20 al 50 % sobre la base anual en los pozos de extracción, dependiendo de la eliminación de materia orgánica.
Distancia horizontal
De 150 a 300 m (500 a 1000 pies) dependiendo del tratamiento previo.
Seguimiento
Exhaustivo, incluyendo los contaminantes presentes en el agua potable y descritos según las normativas legales. Inyección directa
Tratamiento
Control de la fuente de sustancias químicas tóxicas. Sedimentación primaria y tratamiento biológico secundario. Coagulación química, clarificación química, y filtración química de grano medio. Adsorción de carbono activado. Eliminación de materia orgánica volátil. Ósmosis inversa u otro proceso con membranas. Desinfección.
Profundidad hasta aguas subterráneas
No aplicable (inyección directa a los acuíferos de agua subterránea.
Tiempo de retención en el suelo
12 meses.
Porcentaje máximo de aguas residuales depuradas
20 % sobre la base anual en los pozos de extracción
Distancia horizontal
De 300 a 600 m (1000 a 2000 pies).
Seguimiento
Exhaustivo, incluyendo los contaminantes presentes en el agua potable y descritos según las normativas legales.
(Eddy, 1999)
7
RECONSTRUCCIÓN/APLICACIONES AMBIENTALES
La quinta aplicación que tiene el agua regenerada es la ambiental, implicando una serie de usos no potables de dicha agua relacionados con las características de la tierra como es el desarrollo de lagos recreativos, el acondicionamiento de zonas pantanosas, de lagos artificiales y de charcas, la creación de nieve artificial y el aumento de caudales. Los lagos artificiales, las piscinas de almacenamiento de los campos de golf, y los colectores de agua pueden ser abastecidos con agua regenerada. Se ha aplicado agua regenerada a los humedales por una amplia variedad de razones incluyendo la creación, la restauración, y el aumento del hábitat, el tratamiento adicional del agua antes de descargarla en el agua de recepción, y el suministro de agua Educación a distancia - Página 48
Proyecto Nireas
durante las épocas estivales. Las limitaciones y problemas principales de la reconstrucción/aplicaciones ambientales se exponen a continuación: Problemas/limitaciones • Riesgos para la salud relacionados con la presencia de bacterias y virus (ej., infecciones entéricas, otitis, conjuntivitis, e infecciones de la nariz). • Eutrofización debido al nitrógeno y al fósforo en el agua de recepción. • Toxicidad para la vida acuática.
8
APLICACIONES URBANAS DE AGUAS NO POTABLES
La sexta categoría de reutilización, las aplicaciones urbanas de aguas no potables, incluyen aplicaciones como la protección contra incendios, el aire acondicionado, la cisterna del váter, el agua para la construcción, los túneles de lavado, la limpieza de calles e instalaciones deportivas, y las alcantarillas sanitarias. Generalmente, por razones económicas, estas aplicaciones son casuales, ya que dependen de la ubicación de la planta de regeneración de aguas residuales y de otras aplicaciones que también se sirven de la reutilización de agua como el riego del paisaje. Las limitaciones y problemas principales de las aplicaciones urbanas de aguas no potables se exponen a continuación: Problemas/limitaciones • Riesgo para la salud pública por patógenos transmitidos por aerosoles. • Efectos de la calidad del agua sobre la escamación, la corrosión, el crecimiento biológico, y la podredumbre. • La conexión cruzada de líneas de agua potable y de agua regenerada.
9
REUTILIZACIÓN POTABLE INDIRECTA
La séptima categoría de reutilización corresponde al agua potable, que podría conseguirse mediante la mezcla de agua tratada en depósitos de almacenamiento de abastecimiento de agua (aguas superficiales o subterráneas). Las limitaciones y problemas principales de la reutilización potable indirecta se exponen a continuación: Problemas/limitaciones • Constituyentes presentes en el agua regenerada, sobre todo alteradores endocrinos, sustancias químicas orgánicas y sus efectos toxicológicos. • Aceptación pública y estética. Educación a distancia - Página 49
Proyecto Nireas
•
10
Preocupación por la transmisión de patógenos, particularmente virus entéricos.
CÁLCULOS
Problema: cálculo de la relación de adsorción de sodio ajustado y evaluación de los problemas potenciales de infiltración de agua. Los siguientes análisis relativos a la calidad del agua fueron presentados sobre un efluente de una laguna aireada que será utilizado para regar unas tierras agrícolas. Parámetro de la calidad del agua
Concentración, mg/l
BOD
39
TSS
160
N total
4,4
P total
5,5
pHa
7,7
Cationes: Ca2+
37
2+
Mg
46
Na+
410
K
+
27
Aniones: HCO3
295
SO2-4
66
Cl-
526
Conductibilidad eléctrica (dS/m)
2,4
TDS
1536
Boro
1,2
Alcalinidad (total, como CaCO3)
242
Dureza (total, como CaCO3)
281
a
Sin unidad.
Valiéndose de los parámetros relativos a la calidad del agua anteriores, responda a las preguntas siguientes: (1) Calcule adj RNa. (2) Determine si podría producirse algún problema al usar este efluente para el riego. Solución: Educación a distancia - Página 50
Proyecto Nireas
(1) Calcule adj RNa. •
Convierta las concentraciones de los parámetros relativos a la calidad del agua a meq/l: ◦ ◦ ◦ ◦
•
Ca2+= 37/20,04 = 1,85 meq/l Mg2+= 46/12,15 = 3,79 meq/l Na+ = 410/23 = 17,83 meq/l HCO3- = 295/61 = 4,84 meq/l
Determine el valor de Cax2+ valiéndose de los datos sobre la calidad del agua: ◦ Salinidad del agua aplicada (ECw) = 2,4 dS/m ◦ El ratio de HCO3- / Ca2+= 4,84/1,85 = 2,62 ◦ Valiéndose de la tabla correspondiente (en “Irrigación agrícola”), (Valores de Cax2+ como función del ratio y solubilidad de HCO3- / Ca2+) el valor de Cax2+ = 1,20 meq/l
•
El adj RNa es:
= 11,29
(2) Determine si podría producirse algún problema al usar este efluente para el riego. Refiérase a la tabla correspondiente (Directrices para la interpretación de la calidad del agua para la irrigación) con adj RNa =11,29 y ECw = 2,4 dS/m. No se indica ninguna restricción para el uso de estas aguas residuales depuradas.
11
GLOSARIO
Aplicaciones beneficiosas: las diversas maneras de usar el agua, o bien directamente por la gente, o bien para su beneficio. Algunos ejemplos incluyen el abastecimiento de agua municipal, los usos agrícolas e industriales, la navegación, los peces y la fauna, usos lúdicos. Reutilización potable directa: una forma de reutilización mediante la incorporación directa de agua regenerada en un sistema de abastecimiento de agua potable, implicando a menudo la mezcla del agua regenerada con el agua potable. Reutilización directa: el uso del agua regenerada que se ha transportado desde la planta Educación a distancia - Página 51
Proyecto Nireas
de regeneración de aguas residuales hasta el lugar de reutilización del agua sin que se produzca una descarga de intervención a una masa natural de agua, incluyendo las aplicaciones agrícolas y el riego del paisaje. Sistema de distribución dual: dos sistemas de tuberías para la entrega del agua, una para el agua potable y la otra para el agua regenerada. Reutilización potable indirecta: reutilización potable mediante la incorporación de agua regenerada en un abastecimiento de agua bruta, permitiendo la mezcla y la asimilación de la descarga en un embalse o en una masa natural de agua, como en un depósito de abastecimiento de agua doméstico o en aguas subterráneas. Reutilización indirecta: uso indirecto del agua regenerada mediante el paso a través de una masa natural de agua o mediante el uso de las aguas subterráneas que han sido repuestas con agua regenerada. Reutilización de agua no potable: todas las aplicaciones de reutilización que no implican ni el uso potable indirecto, ni el directo. Reutilización planificada: uso directo o indirecto y deliberado del agua regenerada, sin perder el control sobre el agua durante su entrega. Reutilización de agua potable: un aumento de las fuentes de agua potable directa o indirectamente gracias al agua regenerada que es tratada en profundidad para proteger la salud pública. Agua regenerada: agua que, como resultado del tratamiento de las aguas residuales, es adecuada para un uso beneficioso directo o un uso controlado que de otra manera no podría producirse. Agua reciclada: agua regenerada que se ha usado de manera beneficiosa. El término agua reciclada se utiliza como sinónimo de agua regenerada. Reutilización no planificada: reutilización de las aguas residuales tratadas después de la descarga (sin control), como por ejemplo la desviación del agua de un río tras una descarga de aguas residuales tratadas. Regeneración de agua: tratamiento o proceso de las aguas residuales para volverlas reutilizables. Además, este término suele usarse para hacer referencia a la entrega del agua regenerada al lugar de uso así como para hacer referencia a su uso. Reciclaje de agua: el uso de aguas residuales que son redireccionadas de nuevo dentro del mismo sistema de agua. El reciclaje se practica predominante en la industria, como por ejemplo la industria dedica a la fabricación, y suele implicar una sola planta industrial o un único usuario. Reutilización de agua: el uso de aguas residuales tratadas para un uso beneficioso, como la irrigación agrícola y el enfriamiento industrial.
12
PREGUNTAS Y RESPUESTAS
Preguntas 1. Mencione las 4 primeras categorías de reutilización municipal de aguas residuales en todo el mundo, en orden decreciente. 2. ¿En qué categorías se clasifican los típicos constituyentes que se encuentran en las aguas residuales? Educación a distancia - Página 52
Proyecto Nireas
3. ¿Qué tratamiento puede lograr un efluente de mejor calidad?: 1) Lodo activado + filtración granular media + adsorción del carbono + ósmosis inversa. 2) Eliminación biológica de nitrógeno y de fósforo + filtración. 4. ¿Cuáles son las cuatro categorías principales de los problemas de gestión potenciales asociados a la calidad del agua destinada a la irrigación? 5. La conductividad eléctrica (EC) de un agua se puede utilizar como medida sustituta de la concentración total de los sólidos en suspensión (TDS). ¿Verdadero o falso? 6. ¿Cuáles son los iones de más importancia en las aguas residuales, para su reutilización en la agricultura? 7. Una excesiva cantidad de nitrógeno en el agua regenerada es siempre beneficiosa para las cosechas. ¿Verdadero o falso? 8. Los residuales del cloro superiores a 5 mg/l pueden causar un daño severo en la planta cuando el agua regenerada se rocía directamente sobre el follaje. ¿Verdadero o falso? 9. Mencione métodos de irrigación convencionales. 10. El método de riego por inundación siempre debe aplicarse en suelos llanos. ¿Verdadero o falso? 11. El riego por inundación es el método de irrigación más eficiente en lo que a la economía de agua se refiere. ¿Verdadero o falso? 12. Mencione la ventaja principal del riego por inundación con respecto al trasnporte de sales al suelo. 13. Mencione la ventaja principal del riego por aspersión cuando se produce la reutilización de aguas residuales. 14. El riego por goteo es el método de irrigación más caro. ¿Verdadero o falso? 15. El riego por goteo es el método menos avanzado y el más ineficiente en lo que al uso del agua se refiere, debido a los pequeños flujos procedentes del sistema por goteo. ¿Verdadero o falso? 16. Mencione la aplicación industrial más significativa de la reutilización de agua. 17. Mencione dos métodos de reposición de aguas subterráneas. 18. Mencione los cuatro tipos de tratamiento de la tierra que se llevan a cabo cuando se está haciendo uso del método de inundación superficial. 19. Cuando se produce la reposición de aguas subterráneas, la velocidad de extinción de las bacterias y de los virus se multiplica aproximadamente por dos con cada subida de 10°C entre los 5 y 30°C. ¿Verdadero o falso? 20. Cuando se produce la reposición de aguas subterráneas, cuanto más aumenta la velocidad del flujo, mayor es la adsorción microbiana por parte del suelo. ¿Verdadero o falso? 21. Los patógenos microbianos poseen un índice de supervivencia mayor en la superficie del suelo. ¿Verdadero o falso? Respuestas 1. Irrigación agrícola, riego del paisaje, reciclaje y reutilización industriales, reposición de aguas subterráneas. Educación a distancia - Página 53
Proyecto Nireas
2. Convencional, no convencional, emergente. 3. 1. 4. Salinidad, toxicidad específica de los iones, tasa de filtración del agua, otros problemas. 5. Verdadero. 6. Sodio, cloro y boro. 7. Falso. 8. Verdadero. 9. Riego por inundación, irrigación por surcos, riego en alcorque. 10. Verdadero. 11. Falso. 12. Su capacidad para deshacerse de las sales del suelo, lo que es de gran importancia para muchas cosechas intolerantes a las sales. 13. La deriva del espray. 14. Verdadero. 15. Falso. 16. El agua de reposición de las torres de refrigeración. 17. Inundación superficial en cuencas e inyección directa a los acuíferos de agua subterránea. 18. Sistema de riego lento, sistema de flujo terrestre, sistemas de filtración rápida, riego por goteo subsuperficial. 19. Verdadero. 20. Falso. 21. Falso.
Educación a distancia - Página 54
Est epr oyect oest áf i nanci adoconelapoyodel a Comi si ónEur opea.Est apubl i caci ón[ comuni caci ón]r ef l ej aelpunt odevi st adelaut orynose hacer esponsabl eal aComi si ónporcual qui er usoquesehagadel ai nf or maci óncont eni daen est ef ol l et o.