Aplicacion de efluentes sobre el terreno para su depuracion y aprovechamiento agrario (Filtros Verdes)
Tratamientos de depuracion que implican reutilizacion
Los tratamientos de depuracion de agua se pueden diferenciar segun su finalidad, uno es el acondicionamiento de estas aguas para su vertido a un medio receptor o para su aprovechamiento agrario o industrial. Estos tratamientos necesitan, en la mayoria de los casos, un tratamiento previo seguido de uno primario ya que utiliza el poder depurador del suelo. Los tratamientos de este tipo son la infiltracion en acuiferos cuya finalidad es la recarga artificial de los mismos.
Aplicacion de efluentes sobre el terreno para su depuracion y aprovechamiento agrario (Filtros Verdes)
El esparcimiento de las aguas residuales urbanas sobre el terreno con fines agricolas es el metodo mas antiguo conocido para la depuracion, el cual se entendia como aprovechamiento agrario. La aplicacion de dichos efluentes en el terreno tiene varios objetivos, la primera persigue la depuracion del agua residual con el menor costo economico e incluso con beneficios.
La aplicacion de de las aguas residuales sobre el terreno recibe el nombre de filtro verde. Cuando el objetivo es un aprovechamiento del poder fertilizante del agua residual bruta recibe el nombre de aprovechamiento agrario.
La diferencia entre ambos sistemas esta fundamentalmente en el control sanitario que se ejerce sobre la zona de vertido.
Caracteristicas generales de aplicación:
En los mecanismo de depuracion de las aguas residuales mediante filtro verde intervienen fundamentalmente dos sistemas:
El suelo y la planta.
La composicion y carga del agua residual incide de manera decisiva sobre el sistema suelo-planta asi como los riesgos sanitarios que implica. La aplicacion practica de este metodo de depuracion se puede hacer de dos maneras, mediante riego de cultivos o mediante escorrentia sobre cubierta vegetal. En ambos casos y segun la region climatica, es necesaria una regulacion de caudal ya sea estacional o diario para lo cual es necesaria la construccion de un embalse de regulacion el cual ademas hace las veces de un lagunaje previo.Con lo cual se consigue una depuracion mas o menos elevada antes del vertido sobre el terreno.
Por lo tanto los principales aspectos a estudiar son los siguientes:
Caracteristicas del suelo:
Ø El suelo actua como elemento depurador y como soporte de las plantas para que estas funciones se realicen con normalidad debera poseer una permeabilidad moderada aunque bien drenado sin tendencia a ser cenagoso.
Ø La textura suelo sera franco-arenosa, franca o arcillosa-arenosa.
Ø La profunidad del suelo debe ser uniforme y nunca inferior a 0,3 metros siendo la idonea del orden de 1,5 metros.
Ø La pendiente del terreno debera ser menor o igual al 10 por 100 no sobrepasando nunca el 15 por 100.
Ø A la hora de elegir el area de vertido se debera hacer un estudio sobre el nivel freatico y el acuifero siendo la profundidad de este siempre mayor o igual a 1,6 metro. Y en el caso que sea inferior a 3 metros sera aconsejable hacer un contro periodico del mismo.
Caracteristicas del efluente:
Ø Debe de reunir las siguientes condiciones:
Ø Ausencia de elementos toxicos.
Ø Biodegradable y asimilable en el suelo.
q Dado que la asimilacion es solo la fijacion de elementos tales como nitrogeno, fosforo, porasio, por la planta durante el crecimientos hay que tener en cuenta aquellos afluentes de elevada carga.
q Pues pueden llegar a contaminar los acuiferos
q La composicion del efluente no debe modificar la estructura del suelo y su capacidad de retencion en el intercambio.
q Pues las materias en suspension pueden llegar a colmatar el suelo y alterar su permeabilidad.
Ø Ausencia de metales pesados.
Ø Ausencia de compuestos organicos tales como detergentes, antibioticos, compuestos aromaticos y pesticidas.
Climatologia:
Ø La climatologia influye de manera decisiva en el periodo vegetativo de la planta.
Ø Cuanto mayor sea este mayor sera la cantidad anual de nutrientes y micronutrientes exportada por la planta.
Ø Por otra parte un regimen pluviometrico intenso puede encharcar la zona de vertido siendo esto perjudicial para la planta por lo que el filtro verde puede dejar de funcionar.
Ø Un problema se presenta en coincidir a oferta y demanda de aguas residuales y las necesidades de agua.
Especies vegetales:
Ø Desde el punto de vista biologico se puede cultivar en el area cualquier planta que soporte la climatologia de la zona.
Ø Sin embargo buscaremos:
Ø Resistencia a la climatologia y enfermedades.
Ø Resistencia a la accion del agua residual con especial atencon a los parametros de DQO y pH.
Ø Que no implique un riesgo sanitario la posterior comercializacion del cultivo.
Ø Que sea de entretenimiento simple y crecimiento rapido.
Ø Que este acogida a un plan de promocion sea comarcal o nacional.
(En España se suele utilizar el Alamo que es una planta rustica de crecimiento rapido acogida por la ley de fomento de la produccion forestal 5/1997)
(Por otra parte la produccion de madera mediante filtro verde es la mas segura en cuanto a riesgos sanitarios y explotacion)
Zona de ubicación:
Ø Aspecto psicologico del vertido cerca de cauces, y que por su poco caudal y longitud no favoren la autodepuracion.
Ø No debe estar cerca de viviendas, estanques deagua, captaciones de agua potable, piscifactorias.
Ø Aun asi los factores de eleccion de una zona son los siguientes: Longitud del colector, vientos reinantes, precio del terreno, particulares de los terrenos circundantes.
Ambito de aplicación:
Ø Se entiende como soluciones temporales de caracter revesible para poblaciones de hasta 25000 habitantes.
Ø Aunque es una opcion valida cuando tenga una aplicacion rentable con independencia de la instalacion de una planta depuradora.
Ø Esta opcion se considera como no valida cuando el efluente tiene una gran proporcion de sustancias nocivas, los terrenos de la zona no son aptos para su cultivo o regadio, la profundidad de la tierra permeable es inferior a 1 metros, la capa freatica esta a menos de 1,2 metros.
Dimensionamiento y costos:
Ø El dimensionamiento de un instalacion es fundamental para que no existan problemas de encharcamiento o de escasez de agua.
Ø Como minimo se necesitan 5 hectareas por cada 1000 habitantes equivalentes.
Ø En el caso que la contaminacion del agua sea elevada debera habilitarse mas terrenos o incrementar las labores agricolas.
El coste aproximado de la instalacion viene en funcion de los siguientes terminos:
Ø Costo del terreno.
Ø Acondicionamiento del terreno (Nivelacion, desbroce, plantacion, ..)
Ø Longitud y caracteristicas del colector necesario.
Ø Construccion de la estacion elevadora y dique.
Ø Tendido de energia electrica.
Ø Infraestructura necesaria para la distribucion del riego (Tuberias, mangas, arquetas, ..)
Ø Costes de mantenimiento (Mano de obra, productos fitosanitarios, ..)
Ø Beneficios de madera, pastos, ..
Tecnicas de aplicacion:
Ø Riego
Ø Escorrentia sobre pendiente con cubierta vegetal
Ø Infiltracion-percolacion
Se debe hacer una evaluacion apropiada sobre que tipo de sistema o de aplicacion debe ser realizada lo cual exige:
ü Considerar la superficie de tierra adecuada, la necesitad de agua y caracteristicas del agua residual y la necesidad o no de un tratamiento previo.
ü Factores reguladores: Leyes, normativas y criterios de calidad.
ü Factores economicos: Costo del terreno, niveles de tratamiento, transporte y distribucion.
ü Factores tecnicos: Aspectos fisicos tales como el tipo de suelo, formaciones subterraneas y pendiente.
Irrigacion:
v La irrigacion es la descarga controlada de efluente sobre el terreno bien por aspersion o bien por espacimiento sobre el terreno.
v El agua residual sigue tres pasos; se incorpora a la planta; pasa a la atmosfera por evapotranspiracion y se percola e infiltra hacia el subsuelo.
v El metodo de aplicacion depende del tipo de suelo, del cultivo y de la climatologia y topografia.
v El grado de depuracion asciende a un 99 por 100 para los solidos en suspension y la DBO cuando se ha atravesado una capa de suelo de 50 a 100 cm.
v Generalmente este sistema se emplea en suelos bien nivelados para evitar la escorrentia, sin embargo, tambien se pueden utilizar suelos son pendiente siempre y cuando se prevenga la erosion y la escorrentia.
Metodos de riego:
a) Aspersion
1. El efluente es aplicado sobre el terreno en forma de lluvia.
2. El agua es conducida por tuberia de donde sale a presion mediante aspersores.
3. Con este sistema se pueden regar tanto campos de cultivo como masas forestales.
b) Surcos y caballones
1. El efluente se aplica por gravedad y discurre por el surco penetrando en el suelo.
2. La altura de los caballones y la anchura de los surcos esta en funcion del volumen del efluente que añadamos y del tipo de suelo.
3. Tambien se debera controlar el indice de infiltracion.
4. Se deben de acompañar periodos de inmersion de los surcos con periodos de secado para facilitar la oxidacion de la materia organica y la colmatacion de los poros.
c) Inundacion del terreno
1. Este sistema consiste en encharcar una determinada superficie con una determinada altura de efluente.
2. Esta altura esta determinada por el tipo de vegetacion y el tipo de suelo.
3. Para ello la tierra ha de estar nivelada con el fin de mantener una profundidad uniforme.
4. Asi mismo se necesitan epocas de secano para oxidar materia organica.
5. La eleccion de la graminea de cobertura es un aspecto muy importante con el fin de que se prevenga la erosion del suelo y sirvan de soporte a la poblacion microbiana, que es de gran importancia en invierno cuando la hierba crece poco.
Caracteristicas:
v Retener los elementos nutritivos.
v Buen rendimiento en forrage.
v Buen desarrollo de las raices.
v Ciclo vegetativo largo.
v Resistencia elevada a la humedad.
v Adaptacion a climas diversos.
Los elementos que intervienen en el rendimientoson los siguientes:
q Longitud de la parcela y el tiempo que tarda el agua en ir de cabecera a la zona de recogida.
q Es evidente que cuanto mas largos sea el recorrido y el tiempo que el agua corre mejor sera la depuracion.
q Pero esto tiene un limite economico que es la superficie de terreno disponible.
Ventajas e inconvenientes de la escorrentia frente a un tratamiento secundario:
Se admite que la escorrentia en pendiente con cubierta vegetal, como tratamiento secundario es menos costosa en inversiones y en explotacion que los fangos activados.
Las ventajas economicas son las siguientes:
I. Posibilidad con contentarse con un tratamiento primario simplificado o remplazar la decantacion por un tamizado.
II. Ausencia de lodos secundarios. (Economia de costo de decantador secundario y reduccion en el condicionamiento de los lodos)
III. Debil costo de los equipos, limitados a la red de distribucion y a una red de colectores.
IV. Produccion de forraje.
Los inconvenientes como tratamiento secundario son:
I. Perdida de agua que puede ser relativa segun la necesidad de la misma.
II. Necesidad de una superficie de terreno suficiente de pendiente y permeabilidad adecuadas.
Riesgos sanitarios y de malos olores:
· Dependiendo del uso, deben de reunir unas caracteristicas especificas de acuerdo a la legislacion vigente.
· Todas las sustancias insolubles son retenidas.
· Se logra una clarificacion completa del efluente.
· Los organismos se reducen 10 veces, en lechos bacterianos solo de tres a cuatro.
· No se da ninguna reduccion importante de N.
· La DQO solo se reduce 1/3.
· Aumenta el contenido de sales del suelo.
Caracteristicas del vertido:
q El flujo de polucion aportado es inferior al producido por 500 habitantes reales o equivalentes.
q El efluente vertido no aporta al suelo mas de 100gr/dia hidrocarburos, 10 gr/dia compuesto ciclicos hidroxilados o 300 kg/dia sales disueltas.
q El efluente vertido no contiene sustancias inhibidoras de la vida en concentraciones letales.
q El pH del efluente esta comprendido entre 5,5 y 8,5.
q El vertido es efectuado en una zona delimitada por un perimetro de proteccion.
Caracteristicas de los cultivos:
Depuracion mediante inflitracion en acuiferos:
La reutilizacion de las aguas residuales determinan una fuerte depuracion con un elevado costo, pues al infiltrar el agua en el terreno se obtienen una serie de ventajas tales como:
· Almacenamiento de agua.
· Alimentacion y restauracion de los acuiferos.
· Formacion de una barrera hidraulica contra la intrusion de aguas salobres.
· Mejora de la calidad del agua por infiltracion en el suelo.
Cuando lo que se infiltra son aguas residuales, ademas se obtiene una depuracion de las misma por su infiltracion.
El suelo como depurador.
El suelo se ha comprobado como un elemento dinamico con una serie de factores ecologicos que mantienen su dinamismo. Por otro lado se puede aprobechar dicha agua para que aumente el nivel piezometrico de los acuiferos.
Un suelo ideal para la recarga artificial debera tener:
a) Unas tasas de infiltracion y de transmision elevadas.
b) Por debajo de el, un suelo sin arcillas y otras sustancias que reduzcan la infiltracion.
c) Ausencia de archillas que se hinchen o contracten con facilidad pues crean fisuras en seco que permiten circular el agua rapidamente durante las primeras fases de recarga.
d) Suficientes arcillas que permitan la absorcion de los elementos trazas y los ologoelementos y que permitan a los microorganismos del suelo descomponer los elementos organicos.
e) Carbono organico para favorecer una rapida desnitrificacion y para aportar una poblacion microbiana activa combatiente de los germenes patogenos.
Propiedades del suelo relacionadas con su mecanismo depurador:
El agua residual al ser depositada en la superficie de un suelo para su infiltracion sufre una serie de cambios fisicos, quimicos y biologicos que conducen a una depuracion de las misma. Por otra parte el mecanismo receptor es alterado en funcion de las caracteristicas del agua residual vertida. La capacidad depurativa de un suelo depende pues de la naturaleza fisica y quimica del mismo y de la composicion quimica y biologica del agua residual.
Propiedades fisicas:
El suelo desde un punto de vista fisico presenta dos propiedades fundamentales la porosidad y la estructura las cuales determinan la permeabilidad del agua a traves del suelo. La porosidad o mejor aun el tamaño de los poros estan determinados por la textura del suelo.
La existencia de agregados minerales o de materia organica de tipo fibroso aumentan la porosidad del suelo lo cual permite a los horizontes superiores del mismo una mayor difusion del aire provocando una activacion de los mecanismos biologicos.
Ademas de las anteriores propiedades hay que tener en cuenta la transmisibilidad de la capa de la tierra definida como el producto de permeabilidad del tereno.
Por el espesor de la capa freatica en un punto determinado, por ultimo hay que considerar el coeficiente de almacenamiento definido como la altura de la capa de agua inmediatamente liberada por la roca acuifera bajo el efecto de un depresion. Y la altura del abastecimiento correspondiente al nivel piezometrico.
De todas las caracteristicas fisicas descritas se desprende que el suelo actua en primer lugar como filtro reteniendo las particulas solidas asi como un elevada proporcion de sustancias grasas que contiene el agua residual.
La eficacia por tanto de la eliminacion de materias en suspension crece con la distancia recorrida por el agua atraves del suelo.
Propiedades quimicas:
El suelo esta compuesto por una gran variedad de compuestos quimicos los cuales dan lugar a diferncias en la formacion de minerales y rocas.
Estas substancias en contacto con el agua, encontrandose en estado de vapor, se ioniza dando aniones y cationes que forman la base de la nutricion de los vegetales.
Es obvio que este tipo de transformaciones no se logran con la adicion al terreno de un agua residual o industrial.
Por lo tanto las reacciones quimicas que se pueden dar lugar son las siguientes:
· Intercambio cationico, equilibrio entre el contenido de sales de cada fase.
· Intercambio anionico, intercambio entre el ion fosfato en solucion y los inoes retenidos por el complejo absorbente.
· Acidez:
El suelo posee un poder tampon que es una cualidad importante desde el punto de vista depurador.
La acidez en el suelo puede producirse por:
a) Arrastre de sales minerales tanto por precipitaciones como por exceso de vertidos.
b) Extraccion serlectiva de ciertos cationes por las cosechas.
c) Oxidacion de los sulfuros de hierro.
· Salinidad:
Se reduce el poder de infiltracion, ya que actuan mediante la presion osmotica frenando la absorcion tanto del agua como de otros iones presentes en el suelo.
· Metales pesados:
Los suelos ven aumentado su contenido en metales pesados al ser vertiido sobre ellos aguas residuales o lodos procedentes de estaciones depuradoras.
Los mecanismos de retencion de metales por el suelo son principalmente: la precipitacion, acumulacion de superficie, oclusion en otros precipitados, incorporacion a los biosistemas.
La materia organica se ha comprobado que ejerce un papel muy importante en la disponibilidad de estos metales, pues influye en la absorcion y en la formacion de complejos metalicos.
Se ha visto que los acidos humicos y los fulvicos son los mayores responsables de la inmovilizacion de los metales por la materia organica.
· Biologicas:
Las propiedades biologicas del suelo relacionadas con su sistema depurador, estan basadas en la existencia de una variada gama de microorganismos.
Entre las actuaciones de los microorganismos tenemos:
a) Descomposicion de los residuos organicos.
b) Formacion de humus.
c) Formacion de nutrientes a partir de productos inorganicos solubles.
d) Fijacion de nitrogeno.
e) Transformacion de elementos inorganicos basicos.
El humus aumenta el poder depurador del suelo pues facilita la solubilizacion del material mineral insoluble a la vez que mejora las caracteristicas fisicas del soporte y disminuye la toxicidad de ciertos agentes contaminantes.
Infiltracion en acuiferos:
Con este metodo se persigue por un lado la depuracion de aguas residuales que previamente se haya llevado a cabo un tratamiento cuya intensidad va en funcion de los usos que se va a dar al efluente.
Los fines son principalmente evitar la intrusion marina en la zona litoral y por otro lado almacenar y restaurar el acuifero de forma que en epocas de escasez se pueda haer uso de esta agua.
En funcion de las caracteristicas geologicas e hidrogeologicas se puede recurrir a la inyeccion directao la infiltracion.
La inyeccion directa mejora la calidad de las aguas pero se necesita una adecuda distancia entre el punto de inyeccion y el de recuperacion.
Por otra parte la infiltracion permite una depuracion en gran parte debida a la intensa actividad bacteriana en la capa superficial.
Los suelos adecuados para esta tecnica deben ser bastante permeables y se requiren suelos arenosos con una capacidad de infiltracion que oscile entre los 10-60 cm por dia.
Asi pues la tectura no debe ser muy gruesa para facilitar las reacciones quimicas y biologicas entre el suelo y el efluente.
Aun cuando el suelo debe de tener un cierto espesor con el fin de que su poder depurador sea maximo y sin una capa impermeable que obstaculice la percolacion.
Hay que tener tambien en cuenta el metodo con las condiciones climaticas, asi en epoca de lluvias o cuando estas sean muy intensas habra que disminuir el volumen de agua residual a infiltrar al igual que en epocas de fuertes heladas o de formacion de hielo.
Los niveles de depuracion de las aguas residuales que se alcanzan por este metodo son bastante elevadas pero hay que llevar un control, mediante el analisis periodico de las aguas infiltradas tanto en el nivel freatico como en el acuifero.
Los porcentajes de depuracion pueden llegar a ser los siguientes:
1) Solidos en suspension, depuracion casi total.
2) Coliformes fecales, del 70 al 95 por 100 de depuracion.
3) DBO, del 85 al 98 por 100 de depuracion.
4) Detergentes, alrededor del 90 por 100 de depuracion.
5) Nitrogeno, del 30 al 80 por 100 de depuracion.
Entre los diferentes dispositivos de infiltracion tenemos:
a) Estanques de infiltracion.
Pueden tener un origen natural o antiguas canteras.
El estanque asi formado recibe una cantidad de agua residual que bajo el efecto de la carga hidraulica va penetrando en el suelo.
Para la recuperacion de esta agua infiltrada tenemos tres metodos:
· Los pozos de bombeo clasicos.
· Colectores colocados en el mismo acuifero.
· Las fuentes naturales.
b) Fosas, canales y zanjas.
Los canales se caracterizan por tener una profundidad muy superior al resto de sus dimensiones, son muy adecuados para la infiltracion de aguas residuales.
c) Lechos de rios acondicionados.
Se pretende aumentar artificialmente la infiltracion natural de las aguas de los rios en los terrenos de aluviones subyacentes.
Distintos tipos de acondicionamiento de lechos:
· Habilitacion por excavacion de un lecho minero deshuso.
· Esparcimiento de las crecidas.
· Construccion de pequelos diques en contra de la corriente.
d) Derrame subterraneo mediante red de tubos.
e) Pozos filtrantes.
Para evitar la colmatacion se aconseja que los periodos de infiltracion se alternen con los periodos de descanso o de secado para airear el suelo y eliminar los depositos producidos por las particulas en suspension.
