Filtración y uniformidad de riego en los sistemas de microirrigación con efluentes de estaciónes depuradoras de aguas residuales

Abstract

En el marc actual, l'agricultura continua requerint importants volums d'aigua per tal de<br/>satisfer les seves necessitats i assolir els nivells de productivitat exigibles per a la pervivència<br/>econòmica del sector. Però la competència exercida pel sector industrial i les zones urbanes,<br/>pel recurs escàs i limitat que és l'aigua, implica que cada dia sigui més difícil disposar d'un<br/>subministrament amb garanties. La utilització d'aigües regenerades per a ús agrícola ajuda a<br/>disposar de l'aigua necessària i permet, també, alliberar un important volum d'aigua de major<br/>qualitat per a altres usos. No obstant això, l'ús d'aigües regenerades presenta el greu<br/>inconvenient de les obturacions als diferents elements dels sistemes de reg localitzat. És per<br/>aquest motiu que en la present tesi doctoral s'estudia el comportament d'un sistema de reg<br/>localitzat utilitzant aigües residuals tractades.<br/>Es varen realitzar dos assajos de reg amb aigües regenerades procedents de l'EDAR de Celrà<br/>(Girona). En el primer assaig, es va utilitzar efluent procedent del tractament secundari i en el<br/>segon assaig, es va utilitzar efluent procedent del tractament terciari. Ambdós assajos van<br/>durar 1000 hores i van emprar quatre sistemes de filtració i sis tipus d'emissors. El primer<br/>sistema de filtració estava format per dos filtres de sorra de vint polzades, col·locats en<br/>paral·lel i omplerts amb 175 kg de sorra silícica disposada en una sola capa i, amb un<br/>diàmetre efectiu de 0.47 i 0.27 mm i un coeficient d'uniformitat de 2.41 i 2.89 per a l'assaig<br/>amb efluent secundari i terciari, respectivament. El segon sistema de filtració fou un filtre de<br/>malla de dues polzades i un nivell de filtració de 120 &#956;m. El tercer sistema de filtració va ser<br/>una bateria de filtració consistent en dos filtres d'anelles de dues polzades col·locats en<br/>paral·lel i un nivell de filtració de 130 &#956;m i, finalment, el quart sistema de filtració fou format<br/>per la combinació en sèrie d'un filtre de malla i una bateria de filtres d'anelles com els<br/>anteriorment descrits. Els emissors utilitzats foren sis de diferents característiques de disseny i<br/>d'operació i tots ells disponibles comercialment.<br/>Es va observar que el filtre de sorra va ser l'únic que va reduir els sòlids en suspensió i la<br/>terbolesa dels dos efluents utilitzats. Amb el sistema de filtració combinat i en l'assaig amb<br/>efluent terciari, es va reduir sensiblement l'oxigen dissolt d'abans de filtrar. Pel que fa a la<br/>resta de paràmetres analitzats (conductivitat elèctrica, oxigen dissolt, pH, temperatura i<br/>nombre de partícules) no es van veure afectats significativament al passar pels diferents<br/>sistemes de filtració.<br/>Els filtres que van presentar uns majors consums d'aigua durant els rentats van ser els de<br/>sorra, seguit dels d'anelles i malla en ambdós efluents assajats. Tant els filtres de malla com<br/>els d'anelles van ser els que van presentar més requeriments de pressió durant els rentats per<br/>tal d'assolir rentats eficients. També es va observar que l'obturació dels filtres, mesurada com<br/>a l'índex de filtrabilitat de la relació de Boucher, va dependre del tipus de filtre i l'efluent<br/>utilitzat.<br/>Es va utilitzar l'anàlisi dimensional per tal de relacionar mitjançant expressions matemàtiques<br/>l'obturació dels diferents sistemes de filtració amb les variables mesurades al llarg de l'assaig.<br/>Tot i que els ajustos amb una de les expressions desenvolupades en aquesta tesi i les<br/>desenvolupades en treballs precedents van ser bons, va quedar variabilitat per a explicar,<br/>degut potser, a la manca d'intensitat de mostreig en alguna variable o a la no mesura d'alguna<br/>altra variable que hauria estat d'interès.<br/>Pel que fa a l'obturació dels laterals de reg, es va observar que el percentatge de cabal emès<br/>pels emissors era un bon indicador de l'obturació. No es van observar en cap dels assajos<br/>obstruccions físiques als laterals o als emissors, fet que queda avalat per les elevades<br/>uniformitats de pressió aconseguides fins a l'últim moment de l'assaig. La posició al llarg del<br/>lateral i el tipus d'emissor utilitzat van ser factors determinants a l'hora de presentar obturació<br/>parcial o complerta. Al final dels laterals, i sobretot amb els emissors UN i TO, va ser on es<br/>van presentar la major part dels emissors completament obturats.<br/>Finalment, es va observar que la utilització d'un sistema SCADA va ser de gran ajuda per al<br/>monitoratge i control de l'estació de reg, permetent interactuar amb el sistema en continu i<br/>detectar fàcilment anomalies en l'operació que, sense aquest sistema, hagués estat molt més<br/>difícil d'observar.

En la situación actual, la agricultura continúa requiriendo importantes volúmenes de agua para<br/>satisfacer las necesidades y llegar a los niveles de productividad exigibles para la pervivencia<br/>económica del sector. Pero la competencia ejercida por el sector industrial y las zonas<br/>urbanas, por el recurso escaso y limitado que es el agua, implica que cada día sea más difícil<br/>disponer del suministro con garantías. La utilización de aguas regeneradas para uso agrícola<br/>ayuda a disponer del agua necesaria y permite también, liberar un importante volumen de<br/>agua de mayor calidad para otros usos. No obstante, el uso de aguas regeneradas presenta el<br/>grave inconveniente de las obturaciones en los distintos elementos de los sistemas de riego<br/>localizado. Es por este motivo que en la presente tesis doctoral se estudia el comportamiento<br/>de un sistema de riego localizado utilizando aguas residuales tratadas.<br/>Se realizaron dos ensayos de riego con aguas regeneradas procedentes de la EDAR de Celrà<br/>(Girona). En el primer ensayo se utilizó efluente procedente del tratamiento secundario,<br/>mientras que en el segundo ensayo se utilizó efluente procedente del tratamiento terciario. Los<br/>dos ensayos duraron 1000 horas y utilizaron cuatro sistemas de filtración y seis tipos de<br/>emisores. El primer sistema de filtración estaba formado por dos filtros de arena de veinte<br/>pulgadas, colocados en paralelo y rellenados con 175 kg de arena silícica dispuesta en una<br/>sola capa y, con un diámetro efectivo de 0.47 y 0.27 mm y un coeficiente de uniformidad de<br/>2.41 y 2.89 para el ensayo con efluente secundario y terciario, respectivamente. El segundo<br/>sistema de filtración fue un filtro de malla de dos pulgadas y un nivel de filtración de 120 &#956;m.<br/>El tercer sistema de filtración fue una batería de filtración consistente en dos filtros de anillas<br/>de dos pulgadas colocados en paralelo y un nivel de filtración de 130 &#956;m y, finalmente, el<br/>cuarto sistema de filtración estuvo formado por la combinación en serie de un filtro de malla y<br/>una batería de filtros de anillas como los anteriormente descritos. Los emisores utilizados<br/>fueron seis de distintas características de diseño y de operación y todos ellos disponibles<br/>comercialmente.<br/>Se observó que el filtro de arena fue el único que redujo los sólidos en suspensión y la<br/>turbidez de los dos efluentes utilizados. Por lo que se refiere a los demás parámetros<br/>analizados (conductividad eléctrica, oxígeno disuelto, pH, temperatura y número de<br/>partículas) no se vieron afectados significativamente al pasar por los distintos sistemas de<br/>filtración.<br/>Los filtros que presentaron unos mayores consumos de agua durante los lavados fueron los de<br/>arena, seguido de los de anillas y malla, con los dos efluentes ensayados. Tanto los filtros de<br/>malla como los de anillas fueron los que presentaron más requerimientos de presión durante<br/>los lavados para conseguir lavados eficientes. También se observó que la obturación de los<br/>filtros, medida como el índice de filtrabilidad de la relación de Boucher, dependió del tipo de<br/>filtro y el efluente utilizado.<br/>Se utilizó el análisis dimensional para relacionar mediante expresiones matemáticas la<br/>obturación de los diferentes sistemas de filtración con las variables medidas a lo largo del<br/>ensayo. Aunque los ajustes con una de las expresiones desarrolladas en esta tesis y las<br/>desarrolladas en trabajos precedentes fueron buenos, quedó variabilidad por explicar, debido<br/>quizás, a la baja intensidad de muestreo en alguna de las variables o a la falta de medición de<br/>alguna otra variable que habría sido de interés.<br/>Por lo que se refiere a la obturación de los laterales de riego, se observó que el porcentaje de<br/>caudal emitido por los emisores era un buen indicador de la obturación. No se observó en<br/>ninguno de los ensayos obstrucciones físicas a los laterales o en los emisores, hecho que<br/>queda avalado por las elevadas uniformidades de presión conseguidas hasta el último<br/>momento del ensayo. La posición a lo largo del lateral y el tipo de emisor utilizado fueron<br/>factores determinantes a la hora de presentar obturación parcial o completa. Al final de los<br/>laterales, y sobretodo con los emisores UN y TO, fue donde se presentó la mayor parte de los<br/>emisores completamente obturados.<br/>Finalmente, se observó que la utilización de un sistema SCADA fue de gran ayuda para la<br/>monitorización y control de la estación de riego, permitiendo interactuar con el sistema en<br/>continuo y detectar fácilmente anomalías en la operación que, sin este sistema, hubiera sido<br/>mucho más difícil de observar.

Agriculture currently requires a large volume of water to satisfy its needs and reach the<br/>productivity levels necessary for the sector to survive economically. Water is a scarce and<br/>limited resource and competition for it from the industrial sector and urban zones makes it<br/>more and more difficult to guarantee the supply. Using regenerated water for agriculture<br/>makes more water available so that high quality water can be used in other areas. However,<br/>using regenerated water has the serious disadvantage of clogging different components of the<br/>microirrigation system. For this reason the present doctoral thesis analyses the behaviour of a<br/>microirrigation system that uses treated wastewaters.<br/>Two irrigation trials with regenerated waters from the Celrà Wastewater Treatment Plant<br/>(Girona) were carried out. The first trial was conducted with secondary treatment effluent and<br/>the second trial with tertiary treatment effluent. Both experiments lasted 1000 hours and used<br/>four filtration systems and six emitter types<br/>The first filtration system was formed by two sand filters of twenty inches, placed in parallel<br/>and filled with 175 kg of silicic sand in a single layer with an effective diameter of 0.47 and<br/>0.27 mm and uniformity coefficients of 2.41 and 2.89 for the trial with the secondary effluent<br/>and for the trial with tertiary effluent, respectively. The second filtration system was a screen<br/>filter with a 120 &#956;m filtration level. The third filtration system was a filtration battery<br/>consisting of two disc filters placed in parallel with a 130 &#956;m filtration level. Finally, the<br/>fourth filtration system combined a screen filter and a battery of disc filters as previously<br/>described. Six emitters with different design and operation characteristics were used, all of<br/>which are commercially available<br/>The sand filter was the only one that reduced the suspended solids and turbidity of the two<br/>effluents used. Using the combined filtration system with the tertiary effluent, the oxygen<br/>dissolved before filtration was significantly reduced. The other analysed parameters (electrical<br/>conductivity, dissolved oxygen, pH, temperature and particle number) were not affected<br/>significantly by the different filtration systems.<br/>During backwashing, and with the two effluents tested, sand filters consumed the most water<br/>followed by disc and screen filters, which had the highest pressure requirements during the<br/>backwashing for efficient filter washing. It was also observed that filter clogging, measured as<br/>the filterability index of the Boucher relation, depended on the type of filter and effluent used.<br/>Dimensional analysis was used to relate the clogging of different filtration systems to the<br/>variables measured during the trials by means of mathematical expressions. Although the<br/>adjustments with one of the expressions developed in this thesis as well as those developed in<br/>preceding works were good, there was still variability to explain. This could be due to the lack<br/>of sampling intensity for some variables. It is also possible that some variables that may have<br/>been of interest were not measured.<br/>The percentage of the water volume emitted by drip emitters was a good indicator of clogging<br/>of the irrigation laterals. Physical obstructions were not observed in any of the trials of the<br/>irrigation laterals or in the emitters, which was evidenced by the highly uniform pressure<br/>throughout the trails. The position in the irrigation lateral and the type of emitter used were<br/>determining factors for partial or complete clogging. Most of the completely clogged emitters<br/>appeared at the end of the irrigation lateral, especially with UN and TO drip emitters.<br/>Finally, the SCADA system was a helpful tool for monitoring and controlling the irrigation<br/>station. Continuous interaction was possible and operation malfunctions could be detected<br/>more easily.