Resumen de Underdrain design and operational conditions in sand media filters using reclaimed effluents in drip irrigation systems
En la actualidad, la agricultura es la actividad humana que requiere más volúmenes de agua dulce. Ante la importancia y escasez de este recurso, el uso eficiente del agua se ha convertido en una prioridad. Por un lado, y cuando resulte posible, es necesario el uso de sistemas de riego como el riego por goteo que utilicen de forma más eficiente el agua. Por otro lado, la reutilización de aguas residuales para el uso agrícola ayuda a disponer del agua necesaria al mismo tiempo que permite liberar aguas de mejor calidad para otros usos. Ambos conceptos se plantean como una estrategia frente a los retos que concierne la utilización de dicho recurso. En este sentido, los sistemas de riego por goteo son los más seguros para aplicar aguas regeneradas. Sin embargo, el principal problema de este sistema cuando se utilizan aguas regeneradas son las obturaciones de los goteros, que puede afectar negativamente al rendimiento de los cultivos y al manejo de la instalación. Para paliar las obturaciones, se hace imprescindible instalar filtros. Los que mejor funcionan con este tipo de aguas son los de matriz granular, como los filtros de arena, aunque es este elemento donde se concentra la mayor demanda energética de los sistemas de riego por goteo, a nivel de caída de presión. En la presente tesis se determina como afectan tres filtros con distintos diseños de drenaje (de brazos colectores, de crepinas insertadas y de medio poroso), la altura del lecho filtrante (0.2 y 0.3 m) y la velocidad de filtración (30 m/h y 60 m/h) en la calidad del agua filtrada, la caída de presión en el filtro, el consumo energético del sistema y en la obturación de los goteros. Así, para cada diseño de filtro, se estudiaron cuatro condiciones operativas (dos alturas de lecho con dos velocidades de filtración). Cada condición operativa se ensayó durante 250 h, por lo que el ensayo tuvo una duración total de 1000 h para cada unidad de filtración. El medio filtrante utilizado consistió en arena silícea con un diámetro efectivo de 0.48 mm y un coeficiente de uniformidad de 1.73. Cada unidad de filtración tenía asociada una subunidad de riego, que consistía en cuatro laterales de 90 m de largo y 226 emisores cada uno. Se utilizaron emisores comerciales integrados y autocompensantes, con un caudal nominal de 2.3 l/h. El dispositivo experimental disponía de distintos sensores y un sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA), que permitía la gestión y monitorización del sistema, y almacenaba datos de volúmenes de agua, calidad de ésta, presiones y consumo energético en distintos puntos de la instalación. Para el ensayo se utilizó agua residual regenerada procedente del tratamiento secundario de la estación depuradora (EDAR) del municipio de Celrà (Girona). Por lo que a la calidad del agua se refiere, se observó que la reducción de turbidez en el proceso de filtración se ve afectada por la velocidad de filtración, siendo significativamente (p<0.05) mayor con 30 m/h (34.2%) que con 60 m/h (11.3%), y por el diseño del filtro, siendo el diseño de medio poroso el que redujo más la turbidez (26.3%) respecto el diseño de crepinas insertadas (18.5%) y el de brazos colectores (13.4%). Las condiciones operativas afectaron a la pérdida de presión en los distintos filtros, siendo éstas más elevadas con velocidades de filtraciones de 60 m/h. Fue el diseño de medio poroso el que presentó menos pérdida de presión para todas las condiciones excepto con 0.3 m y 30 m/h, que fue el diseño de crepinas insertadas. El porcentaje de pérdida de presión fue mayor en el lecho filtrante que en el drenaje para cada filtro y condición testada. Por otro lado, el filtro de drenaje con medio poroso filtró significativamente más volumen de agua por unidad de energía consumida (8,4 m3/kWh) que el filtro de crepinas insertadas (8,31 m3/kWh) y que el filtro de brazos colectores (8,17 m3/kWh). En la reducción de turbidez, se observó una interacción triple entre los factores de diseño del filtro, altura de lecho filtrante y velocidad de filtración. El filtro con drenaje de medio poroso presentó una reducción de turbidez significativamente mayor para todas las condiciones operativas, exceptuando la altura de 0.3 m y velocidad de filtración de 30 m/h, donde fue el filtro de crepinas insertadas (47.74 respecto 39.19%). Se detectaron reducciones de turbidez más elevadas a 30 m/h que a 60 m/h. Sin embargo, no se observó un patrón tan claro entre las dos alturas de lecho filtrante. Respecto a la obturación de los goteros, se produjo una reducción del caudal medido en los goteros a lo largo del ensayo, siendo del 8% a las 500 h y del 11% a las 1000 h. El tipo de filtro tuvo un efecto significativo a las 1000 h, siendo los goteros del diseño de brazos colectores los que obtuvieron un caudal significativamente superior. Las diferencias de caudal atribuidas a la posición del gotero se observaron a partir de las 500 h, siendo significativamente inferiores en los últimos 5 m del lateral. Al final del ensayo, se encontraron 10 goteros completamente obturados en los goteros protegidos por el filtro de medio poroso, 8 con el de crepinas insertadas y 6 con el de brazos colectores. El sistema SCADA permitió medir la uniformidad de distribución de presión y caudales de la instalación de riego durante todo el ensayo. En lo que a la DUlq se refiere, el sistema SCADA obtuvo una buena correlación con la DUlq real, con lo que se demostró que resulta una buena herramienta tanto para el cálculo de este parámetro como para la gestión y monitorización de los sistemas de riego en tiempo real. Finalmente, se pudieron comparar distintos métodos de cálculo de uniformidad de distribución de caudales (DUlq), siendo el propuesto por Juana et al. (2007), que de hecho es una modificación de la metodología de Merriam y Keller (1978), el que presentó más similitud con la DUlq real, especialmente cuando existen goteros obturados.
