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Trabajo Fin de Grado ESTUDIO PARA LA REUTILIZACIÓN DEL EFLUENTE DE UNA ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES EN EL RIEGO DE MAÍZ Realizado por: ELENA LABORDA LARRODÉ Directora: NATIVIDAD MIGUEL SALCEDO Ciencias Ambientales Mayo 2013 Escuela Politécnica Superior de Huesca 2 AGRADECIMIENTOS Me gustaría dar las gracias a Nati, por la oportunidad de hacer este proyecto, solucionar todas mis dudas con claridad y precisión, y por estar siempre atenta a todos los detalles. Gracias a mi familia y amig@s, por su ánimo y apoyo. Gracias a todas las personas del laboratorio del Departamento de Investigación, Calidad y Tratamiento de Aguas, por acogerme y ayudarme en todo lo que necesitaba. A Sara, por concederme todos los favores que le he pedido, y por su disponibilidad y amabilidad durante todo este tiempo. 3 MEMORIA 4 INDICE 1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................. 9 2. ANTECEDENTES .................................................................................................................. 11 2.1 Regeneración de aguas depuradas ............................................................................ 11 2.1.1 Historia del aprovechamiento de aguas residuales en la agricultura .............. 13 2.1.2Marcolegislativo ............................................................................................. 14 2.1.3 Recomendaciones sobre la calidad requerida en el agua de riego para el cultivo de maíz ........................................................................................................ 17 2.1.4 Procesos convencionales usados como tratamientos para la regeneración de aguas ..................................................................................................... 20 2.2 Características de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales ...................... 25 2.2.1 Características de las aguas de salida de depuradoras ................................... 25 2.2.2 Descripción de los procesos llevados a cabo en la EDAR de Tauste ............ 28 2.3 Cultivo objeto de estudio ......................................................................................... 34 2.3.1 Parcelario de la zona de estudio y sistema actual de riego ............................. 25 2.3.2 Necesidades hídricas y nutricionales del maíz ............................................... 39 3. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................................... 41 3.1 Toma de muestras .................................................................................................... 41 3.1.1 Datos estadísticos del efluente de la EDAR de Tauste en 2011 ..................... 41 3.2 Metodología analítica ............................................................................................... 42 3.2.1 Caracterización de las muestras ...................................................................... 42 3.2.1.1 Parámetros físico-químicos ................................................................... 42 3.2.1.2 Parámetros biológicos ........................................................................... 46 3.2.1.3 Metales pesados .................................................................................... 47 3.3 Procedimiento experimental ..................................................................................... 48 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................................. 53 4.1 Cálculo de caudales disponibles y necesidades hídricas del parcelario ................... 53 4.2 Caracterización del efluente de la EDAR de Tauste ................................................ 55 4.2.1 Caracterización del efluente durante el ejercicio de 2011 .............................. 55 4.2.2 Caracterización propia del efluente de la EDAR de Tauste en laboratorio ................................................................................................... 57 4.3 Aplicación de tratamientos de regeneración al efluente a escala de laboratorio ...... 59 4.3.1 Selección de los métodos más adecuados y justificación ............................... 59 4.3.2 Calidad del efluente tras la aplicación de los procesos de regeneración ........ 61 4.3.2.1 Resultados tras la ozonización .............................................................. 61 4.3.2.2 Resultados tras la cloración ................................................................... 62 4.3.2.3 Eficiencia obtenida con los procesos de regeneración y estudio del impacto en los cultivos ................................................................... 63 4.3.3 Análisis general de los procesos de regeneración aplicados ...................... 74 5. CONCLUSIONES .................................................................................................................. 76 6. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 78 7. ANEXOS ................................................................................................................................. 82 ANEXO I: CARACTERIZACIONES DE LOS PARÁMETROS ANALIZADOS EN EL EFLUENTE DE SALIDA DE LA EDAR DE TAUSTE ............................................................ 82 ANEXO II: DATOS DE LOS PARÁMETROS ANALIZADOS TRAS LA APLICACIÓN DE LOS PROCESOS DE REGENERACIÓN .................................................. 83 5 ANEXO III: CÁLCULOS DETALLADOS DE LAS DEMANDAS DE REACTIVOS PARA LA APLICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS DE REGENERACIÓN ................................. 85 ANEXO IV: IMAGEN 2.22 CON MAYOR DETALLE ........................................................... 87 6 INDICE DE TABLAS Y FIGURAS Figuras e Imágenes Imagen 1.1 Distintos usos del agua regenerada antes de su retorno al dominio público Hidráulico .................................................................................................................. 9 Imagen 2.1 Ubicación de las actuaciones de reutilización planificada en España en 2008 ......................................................................................................................... 12 Figura 2.12 Diagrama de bloques EDAR de Tauste. Elaboración propia................................... 29 Imagen 2.13 Desbaste EDAR Tauste ........................................................................................... 30 Imagen 2.14 Desarenado-Desengrasado EDAR Tauste. .............................................................. 30 Imagen 2.15 Canal Parshall EDAR Tauste .................................................................................. 30 Imagen 2.16 Reactor Biológico EDAR Tauste ............................................................................ 31 Imagen 2.17 Decantador secundario EDAR Tauste ..................................................................... 32 Figura 2.18 Procesos y operaciones unitarias en depuración de aguas residuales ...................... 33 Imagen 2.19 Espesador de fangos EDAR Tauste ......................................................................... 33 Figura 2.20 Esquema de una centrífuga ...................................................................................... 34 Imagen 2.21 Zea mays .................................................................................................................. 34 Imagen 2.22 Municipio de Tauste y zonas agrícolas más cercanas al casco urbano, Escala 1:66.666........................................................................................................ 35 Imagen 2.23 Radio de 1000m alrededor de la EDAR de Tauste, Escala 1:16666 ....................... 36 Imagen 2.24 Mapa de la superficie de estudio, Escala 1:8333 ..................................................... 37 Imagen 2.25 Mapa de las parcelas de la zona de estudio ............................................................. 37 Figura 2.29 Consumo de agua del maíz, en milímetros por día .................................................. 39 Imagen 3.1 Cultivo de Escherichia coli y Coliformes ............................................................... 46 Imagen 3.2 Foto de huevo de nematodo, microscopio 20x ........................................................ 47 Figura 3.3 Esquema de la instalación para el tratamiento de muestras de ozono ..................... 49 Figura 3.4 Recta de calibrado del ozonizador del laboratorio de Investigación, Calidad y Tratamiento de Aguas de la universidad de Zaragoza ............................................. 49 Figura 4.2 Esquema de la situación actual en la zona de estudio ............................................. 54 Figura 4.3 Esquema de la situación tras la reutilización de las aguas regeneradas para el riego de la zona de estudio ...................................................................................... 55 7 Figura 4.10 Variación de la concentración de huevos de nemátodos ......................................... 65 Figura 4.11 Variación de la concentración de Escherichia coli .................................................. 65 Figura 4.12 Variación del valor de Sólidos en Suspensión y Turbidez ...................................... 66 Figura 4.13 Variación de la concentración de Nitrógeno total y Nitratos .................................. 67 Figura 4.14 Variación de la concentración de Fósforo ............................................................... 68 Figura 4.15 Variación de la concentración de Demanda Biológica e Oxígeno y Demanda Química de Oxígeno ................................................................................................ 69 Figura 4.16 Variación de la concentración de Coliformes totales .............................................. 70 Figura 4.17 Variación de la concentración de Manganeso ......................................................... 70 Figura 4.18 Variación de la concentración de Hierro ................................................................. 71 Figura 4.19 Variación del pH ...................................................................................................... 71 Figura 4.20 Variación de la concentración de la Conductividad Eléctrica ................................. 72 Figura 4.21 Variación del índice SAR ........................................................................................ 73 Figura 4.22 Variación de la concentración de los iones Magnesio, Calcio y Sodio ................... 73 Tablas Tabla 2.2 Parámetros legislados en el RD 1620/2007 ............................................................. 14 Tabla 2.3 Límites exigidos de parámetros según su futuro uso, de acuerdo con el RD 1620/2007 ......................................................................................................... 15 Tabla 2.4 Directrices recomendadas sobre la calidad microbiológica de las aguas residuales empleadas en agricultura ........................................................................ 17 Tabla 2.5 Parámetros con límites legislados y recomendaciones de autores ........................... 18 Tabla 2.6 Tratamientos utilizados actualmente para la regeneración de aguas, metodología de cada uno de ellos y parámetros que modifican ................................................... 20 Tabla 2.7 Parámetros físico-químicos de aguas urbanas tratadas con fangos activados y rangos habituales .................................................................................................. 26 Tabla 2.8 Características del agua tratada con fangos activos y después del tratamiento terciario de ósmosis inversa o ultrafiltración ........................................................... 27 Tabla 2.9 Parámetros biológicos más comunes en aguas residuales y urbanas y sus rangos habituales ................................................................................................................. 27 8 Tabla 2.10 Metales detectados a la salida de depuradora y rangos habituales .......................... 28 Tabla 2.11 Nitrógeno, fósforo e iones encontrados en efluentes de EDARs ............................. 28 Tabla 2.26 Requisitos para los vertidos procedentes de Estaciones de Depuración de Aguas Residuales urbanas .................................................................................................. 38 Tabla 2.27 Extracción y exportación real de nutrientes principales por la parte aérea del maíz ................................................................................................................... 39 Tabla 2.28 Extracción de microelementos para una cosecha de 18,7 toneladas de grano de maíz .................................................................................................................... 39 Tabla 4.1 Cálculos de las necesidades hídricas del parcelario de estudio y de los caudales de salida de la de la EDAR de Tauste (en m3/día) ................................................... 53 Tabla 4.4 Caracterización mensual de los parámetros analizados in situ en la EDAR de Tauste .................................................................................................................. 56 Tabla 4.5 Media de las tres caracterizaciones y límites legislados/recomendados.................. 58 Tabla 4.6 Ventajas y desventajas de los dos métodos de desinfección más utilizados ........... 60 Tabla 4.7 Resultados tras la aplicación de ozono al efluente de la EDAR de Tauste ............. 62 Tabla 4.8 Resultados tras la aplicación de cloro al efluente de la EDAR de Tauste ............... 63 Tabla 4.9 Tabla resumen sobre los valores de los parámetros tras la caracterización y la aplicación de tratamientos de regeneración ........................................................ 64 9 1. INTRODUCCIÓN El agua es un recurso natural imprescindible a la vez que limitado. Es por ello que el aumento de su demanda induce a plantearse diferentes alternativas con el fin de maximizar los recursos hídricos disponibles. La regeneración y posterior reutilización de las aguas antes de que alcancen el dominio público hidráulico amplía el ciclo que el agua realiza desde su captación, y ofrece nuevas alternativas para su aprovechamiento. Como consecuencia de la necesidad de establecer una regulación completa y detallada que posibilite las soluciones necesarias respecto a la reutilización de aguas, se publica en el BOE de 8 de diciembre de 2007, el Real Decreto 1620/2007, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización y se introduce la denominación de aguas regeneradas, más acorde con las posibilidades de reutilización que la norma establece (RD 1620/2007). Se entiende por agua regenerada el agua residual depurada que ha pasado por un proceso adicional o complementario con el fin de alcanzar la calidad requerida para un uso concreto. Así mismo, se habla de reutilización de las aguas al aplicar éstas para un nuevo uso privativo, después de haber sido sometidas a los procesos de depuración establecidos para alcanzar la calidad requerida en función de los usos. Para todos los usos posibles que establece el RD 1620/2007, en el anexo I del mismo se establecen los criterios mínimos de calidad exigida, en relación a diversos parámetros microbiológicos y físico-químicos. Por otro lado, dependiendo del uso al que vaya a ser destinada el agua regenerada, además de tener en cuenta los criterios de calidad existentes en el RD 1620/2007, podrán considerarse otros incluidos en materias específicas. El agua puede reutilizarse en el ámbito urbano, agrícola, industrial o con fines recreativos o ambientales. Imagen 1.1: Distintos usos del agua regenerada antes de su retorno al dominio público hidráulico. Fuente: elaboración propia. Debe considerarse por otra parte que hay que garantizar unos caudales mínimos ambientales y concesiones previamente autorizadas aguas abajo del vertido, por lo que no todos los efluentes son susceptibles de reutilización. Los tratamientos destinados a regenerar las aguas se realizan en las Estaciones de Regeneración de Aguas Residuales o ERAR. Al diseñar un tratamiento de regeneración hay que tener en cuenta criterios sanitarios y además económicos. Se debe garantizar la salubridad del agua tratada pero a costes asequibles para el usuario, garantizando así su posible utilización a escala real. La reutilización de aguas residuales además requiere una infraestructura de almacenamiento y distribución a los puntos de uso que implica una planificación de la gestión y del uso del mismo. En este marco se plantea el presente trabajo de investigación, cuyo principal objetivo es el estudio de varios tratamientos de regeneración de aguas destinadas al riego de maíz en el municipio de Tauste. Para ello, será necesaria la disminución de ciertos parámetros cuya concentración en el efluente es demasiado elevada para el uso en riego. Los posibles tratamientos se aplicarían como complemento del proceso convencional de depuración. 16 Además de los criterios establecidos en el RD 1620/2007, han de tenerse en cuenta otros límites en función del uso posterior del agua. A continuación se detalla una lista con la legislación pertinente en materia de sustancias peligrosas, zonas vulnerables, normas de vertido, establecimiento de límites de ciertos parámetros presentes en el efluente, etc. - DIRECTIVA 2006/11/CE, relativa a la contaminación causada por determinadas sustancias peligrosas vertidas en el medio acuático, que establece la necesidad de reducir la contaminación de las aguas causadas por sustancias persistentes, tóxicas y bioacumulables concretas, con el objetivo de proteger el medio acuático. - DIRECTIVA 91/271/CE, sobre el tratamiento de aguas residuales urbanas. En esta Directiva se establecen las eficiencias mínimas exigibles de los tratamientos que se llevan a cabo en las EDARs, así como los límites máximos de algunos parámetros permitidos en el efluente. Estos parámetros son aquellos regulados por el Instituto Aragonés del Agua (IAA), y su análisis es común en todas las instalaciones de depuración (Demanda Química de Oxígeno, Demanda Biológica de Oxígeno, Nitrógeno total, Fósforo total y Sólidos en Suspensión). En esta normativa se detalla además las condiciones de calidad que debe alcanzar el efluente de una EDAR en zonas catalogadas como sensibles y vulnerables, reduciendo las concentraciones máximas permitidas de algunos nutrientes. - REAL DECRETO 261/1996 de 16 de febrero sobre la protección de las aguas contra la contaminación producida por los nitratos procedentes de fuentes agrarias, transposición de la directiva 91/676/CEE. Este Real Decreto prevé que las zonas vulnerables designadas deberán ser examinadas, y en su caso, modificadas o ampliadas por los órganos competentes de las Comunidades Autónomas. - ORDEN de 19 de julio de 2004, del Departamento de Agricultura y Alimentación, por la que designan las siguientes nuevas Zonas Vulnerables a la contaminación de las aguas por los nitratos procedentes de fuentes agrarias en la Comunidad Autónoma de Aragón y se aprueba el Programa de Actuación sobre las mismas: Zona Vulnerable del acuífero Ebro III y aluviales del Bajo Arba, Bajo Gállego y Bajo Jalón; Zona Vulnerable de Singra-Alto Jiloca; Zona Vulnerable de los sectores oeste y centro del acuífero de Apiés; y Zona Vulnerable del acuífero de Muel-Belchite. (Boletín Oficial de Aragón del de agosto de 2004). En ella se amplían la relación de superficies designadas como nuevas Zonas Vulnerables a la contaminación por nitratos, entre las cuáles se encuentra la zona elegida como área de estudio para este trabajo (Aluviales del Bajo Arba). - RESOLUCIÓN de 30 de junio de 2011, de la Secretaría de Estado de Medio Rural y Agua, por la que se declaran las zonas sensibles en las cuencas intercomunitarias. En esta Resolución se declara a la zona del Río Arba de Luesia como zona sensible (Desde el río Arba de Riguel hasta desembocadura en el Río Ebro), incluyendo toda la extensión del término municipal de Tauste. Tras el análisis completo de la legislación, se ha determinado que hay una serie de parámetros que deben ser analizados por ley en el efluente: nematodos intestinales, Escherichia coli, Sólidos en Suspensión, Demanda Biológica de Oxígeno, Demanda Química de Oxígeno, Nitrógeno total y fósforo total. Junto a estos se analizarán además otros parámetros escogidos mediante el análisis de recomendaciones de diferentes autores, relacionadas con la calidad del agua de riego adecuada para el cultivo del maíz, y que se muestran a continuación. 17 2.1.3 Recomendaciones sobre la calidad requerida en el agua de riego para el cultivo de maíz Directrices sobre la calidad de los efluentes empleados en la agricultura Según las Directrices Sanitarias sobre el uso de aguas residuales en agricultura y acuicultura de la Organización Mundial de la Salud, y respaldado por las recomendaciones de las reuniones de expertos de Engelberg (1985) y Adelboden (1987), el uso inocuo de aguas residuales en agricultura o acuicultura exige la eliminación casi completa de los helmintos, ya que constituyen el mayor riesgo real para la salud pública proveniente del riego con aguas residuales. Eso significaría que se debe eliminar un 99,9 % de los huevos de helmintos mediante procesos de tratamiento apropiado en las zonas donde las helmintiasis son endémicas y presentan riesgos tangibles para la salud. A continuación se muestra una tabla indicativa de las directrices recomendadas por la OMS sobre la calidad microbiológica que deben tener las aguas residuales empleadas en agricultura. Tabla 2.4: Directrices recomendadas sobre la calidad microbiológica de las aguas residuales empleadas en agricultura. Fuente: OMS, 1989. Actualmente, la legislación española no ha especificado los valores límite de muchos parámetros a la hora de establecer unos rangos admisibles en el agua de riego de determinados cultivos. Únicamente el Real Decreto 1620/2007 establece unos requisitos en el agua regenerada para riego, especificando solamente tres parámetros cuyos límites máximos está prohibido sobrepasar (sólidos en suspensión, huevos de nematodos intestinales y Escherichia coli). En el presente proyecto se ha elaborado una recopilación bibliográfica sobre recomendaciones de autores en lo relativo al regadío de maíz. Para ello, se ha realizado una búsqueda de información sobre los rangos que tolera el maíz en varios parámetros del agua de riego. Cate goría Condiciones de aprovechamiento Grupo expuesto Nematodos intestinalesb (media arit. nºhuevos/Lc) Coliformes fecales (media geométrica nº por 100mla) Tratamiento de aguas residuales necesario para lograr la calidad microbiológica exigida A Riego de cultivos que comúnmente se consumen crudos, campos de deporte, parques públicosd Trabajad ores consumi dores público ≤1 ≤1000d Serie de estanques de estabilización que consiguen calidad microbiológica indicada o tratamiento equivalente B Riego de cultivos de cereales industriales y forrajeros, praderas y árbolese Trabajad ores ≤1 No se recomienda ninguna norma Retención en estanques de estabilización (8 a 10 días) o eliminación equiv. de helmintos y coliformes fecales C Riego localizado de cultivos en la categoría B cuando ni los trabajadores ni el público están expuestos Ninguno No es aplicable No es aplicable Tratamiento previo según lo exija la tecnología de riego por no menos que sedimentación primaria a: En casos específicos, se deberían tener en cuenta los factores epidemiológicos, socioculturales y ambientales de cada lugar y modificar las directrices de acuerdo con ello. b: Especies Ascaris y Trichuris y anquilostomas. c: Durante el periodo de riego. d: Conviene establecer una directriz más estricta (≤ 200 coliformes fecales/100ml) para prados públicos, (como hoteles) con los que el público puede tener contacto directo. e: En el caso de los árboles frutales, el riego debe cesar dos semanas antes de cosechar la fruta y ésta no se debe recoger del suelo. No es conveniente regar por aspersión. 18 Gracias al análisis de esta bibliografía de recomendaciones, se ha podido comparar en distintas fuentes cuáles son los parámetros más nombrados y aquellos a los que más importancia dan la mayoría de autores consultados respecto al maíz. Han sido estos parámetros los que se han tenido en cuenta a la hora de caracterizar el efluente de salida de la EDAR (además de aquellos parámetros legislados), pudiendo obtener así datos comparativos entre los valores que se recomiendan y los que realmente se encuentran en la muestra. En los casos en los que hay varias recomendaciones para un mismo parámetro, se ha escogido el límite menor (el más restrictivo) siempre y cuando no haya ningún límite legislado para ese parámetro, ocasión en la que se antepone siempre la legislación a la recomendación. A continuación se presenta una tabla en la que se muestran los parámetros que personalmente se han considerado más importantes en lo que respecta a la bibliografía consultada, y las recomendaciones de los rangos en los que se deben encontrar dichos parámetros en el agua de riego del maíz. Igualmente, se detallan aquellos rangos de parámetros que se encuentran actualmente legislados en el efluente de salida, bien sea por normativa relativa a requisitos de efluentes de las EDAR, o bien por legislación referida a límites específicos para las zonas vulnerables o sensibles. Al lado de cada límite recomendado o legislado se muestran las unidades en las que se medirán esos parámetros. Tabla 2.5: Parámetros con límites legislados y recomendaciones de autores. Fuente: elaboración propia. PARAMETRO Límite permitido para efluente regenerado Límite Efluente depurado Normativa de referencia Límites recomendados Bibliografía de las recomendaciones PARÁMETROS LEGISLADOS Nematodos Intestinales 1huevo/10L RD 1620/2007 ≤0,1huevo/L -OMS, 1989. Escherichia coli 1000 UFC/100ml RD 1620/2007 Sólidos en Suspensión 35mg/L 35 mg/L RD 1620/2007 Directiva 91/271/CEE 5-35 TSS/L <50 mg/L 20 mg/L - Lazarova et al, 2004. -FAO, 1985. -US EPA, 1992 Turbidez No se fija limite RD 1620/2007 0,2-35 NTU <2 NTU - Lazarova et al, 2004. -US EPA, 1992 Nitrógeno Total 15 mg/L Directiva 91/271/CEE <10-15 mg/L 5-30mg/L <5 mg/L (sin restricciones) - Lazarova et al, 2004. -Metcalf et al, 1995. -Mujeriego, 1990. Fósforo total 2 mg/L Directiva 91/271/CEE 0,1-2mg/L - Lazarova et al, 2004. DBO5 25 mg/L Directiva 91/271/CEE 5-45 mg/L 20 mg/L <10 mg/L -Lazarova et al, 2004. -US EPA, 1992 -Mujeriego, 1990. DQO 125 mg/L Directiva 91/271/CEE 20-200mg/L -Lazarova et al, 2004. 19 Tabla 2.5: Parámetros con límites legislados y recomendaciones de autores (Continuación) PARAMETRO Límite permitido para efluente regenerado Límite Efluente depurado Normativa de referencia Límites recomendados Bibliografía de las recomendaciones PARÁMETROS RECOMENDADOS Coliformes Totales 1-200CFU/ 100mL -Lazarova et al, 2004. Manganeso 0,2 mg/L <0,1 mg/L 0,2 mg/L - Metcalf et al, 1995. -FAO, 1985. -Crook, 1991 Hierro 5 mg/L 5 mg/L - Metcalf et al, 1995. -Crook, 1991. Nitratos <5 mg/L ninguna restricción >7,5 daño severo al cultivo - Vomocil et al, 1992 pH < 7 6-9 -FAO, 1985. -Mujeriego, 1990. Conductividad Eléctrica 1,7 dS/m < 0,7 dS/m (sin riesgo) > 3dS/m (riesgo alto) 0,7 dS/m - ARMCANZ & ANZECC, 1992. -FAO, 1985; Ayers & Westcot - FAO, 1985; Ayers & Westcot -Mujeriego, 1990. Salinidad 450-400mg TDS/L 0,45 g/L (no hay riesgo) >2 g/L (riesgo alto o severo) - Lazarova et al, 2004. -FAO, 1985. -FAO, 1985. SAR <3,0 (Sin restrict. para agua reciclada) -Vomocil et al, 1992. Magnesio <60 mg/L FAO, 1985. Sodio <900 mg/L FAO, 1985. Calcio 0-400 mg/L Mujeriego, 1990. Cobre 0,2 mg/L 0,2 mg/L - Metcalf et al, 1995. -Crook, 1991 Níquel 0,02-0,1 mg/L 0,2 mg/L 0,2 mg/L - Lazarova et al, 2004. - Metcalf et al, 1995. -Crook, 1991. Zinc 2 mg/L 2 mg/L - Metcalf et al, 1995. -Crook, 1991. Aluminio 5 mg/L 5 mg/L - Metcalf et al, 1995. -Crook, 1991 Boro <1mg/L 2-4 mg/L - Lazarova et al, 2004. -ARMCANZ & ANZECC, 1992. 20 Tabla 2.5: Parámetros con límites legislados y recomendaciones de autores (Continuación). 2.1.4 Procesos convencionales usados como tratamientos para la regeneración de aguas El agua de salida de las EDARs suele someterse a un determinado tratamiento con el objetivo de alcanzar los niveles o criterios exigidos en función de su reutilización tal y como establece el RD 1620/2007. Las tecnologías aplicables en la regeneración de aguas depuradas se centran en diferentes procesos, pero son los citados a continuación los más comunes: procesos de membrana, de oxidación, adsorción con carbón activo, intercambio iónico, lagunajes, humedales y otros sistemas biológicos e irradiación con ultravioleta (Mujeriego, 1993). Cada uno de los procesos aplicados para regeneración tienen diferentes eficiencias, y varían dependiendo del tipo de agua, el tiempo de contacto (en el caso del uso de desinfectantes), el tipo de organismos patógenos presentes (bacterias patógenas, helmintos…), el pH o la materia orgánica en suspensión, la cual tiene una gran importancia a la hora de aplicar un tratamiento desinfectante (White, 2010). A continuación se exponen los distintos tratamientos complementarios estudiados que se pueden aplicar como procesos de regeneración de aguas, dependiendo a los parámetros cuya concentración se desea modificar: Tabla 2.6: Tratamientos utilizados actualmente para la regeneración de aguas, metodología de cada uno de ellos y parámetros que modifican. Fuente: elaboración propia. Tratamiento En qué consiste Parámetros que elimina Cloración Adición de cloro como desinfectante al agua a tratar. Se adiciona en forma de gas cloro, hipocloritos o compuestos clorinados. Eliminación prácticamente total de las sales disueltas y de los SS. Eliminación de patógenos (oxidación de material celular) y alta reducción de nitrógeno. Oxidación de manganeso. Intercambio iónico Pasar el agua repetidamente sobre un intercambiador catiónico sólido y otro aniónico, que reemplaza los cationes y aniones por los iones hidrógeno e hidroxilo. Eliminación de compuestos inorgánicos (cada equivalente de sal es reemplazado por un mol de agua). Eliminación de N, metales pesados, sólidos disueltos orgánicos. -FAO, 1985. -Mujeriego, 1990. PARAMETRO Límite permitido para efluente regenerado Límite Efluente depurado Normativa de referencia Límites recomendados Bibliografía de las recomendaciones PARÁMETROS RECOM Mercurio <0,001 mg/L -Lazarova et al, 2004. Cadmio <0,01 mg/L 0,01 mg/L - Lazarova et al, 2004. -Crook, 1991. Cromo VI 0,1 mg/L Crook, 1991. Plomo 5,0 mg/L Crook, 1991. Cloro residual o libre <1 mg/L <1 mg/L <1 mg/L - Metcalf et al, 1995. -US EPA, 1992 -Mujeriego, 1990. 21 Tabla 2.6: Tratamientos utilizados actualmente para la regeneración de aguas, metodología de cada uno de ellos y parámetros que modifican (Continuación). Tratamiento En qué consiste Parámetros que elimina Ozonización Las moléculas de oxígeno (O2) son disociadas por medio de una fuente de energía produciendo átomos de O que chocarán con una molécula de oxígeno para formar O3 (ozono), que se utiliza como desinfectante. Eliminación de bacterias y virus, toxinas, pesticidas, reducción de sales pesadas, oxida hierro y manganeso, elimina olores y colores, disminuye la DQO, DBO, SS y turbidez, elimina algas, oxida componentes inorgánicos. Radiación UV La radiación UV, generada por una descarga eléctrica a través de vapor de mercurio, penetra al material genético de los microorganismos y retarda/fulmina su habilidad de reproducción. Eliminación patógenos, virus Precipitación química o coagulación Eliminación de sustancias por adición de un reactivo que forma compuestos insolubles en el agua, facilitando su eliminación por métodos físicos. Para ello se debe añadir un floculante que dé lugar a flóculos más densos que el agua que puedan precipitar. Principalmente para reducir el fósforo, compuestos orgánicos y turbidez. Elimina 80-90% SS, 70-80% DBO y 80- 90% bacterias. Lagunaje de estabilización Son lagunas de poca profundidad donde las bacterias, algas y protozoos, en contacto con el aire eliminan de forma natural los SS y la materia orgánica, incluyendo patógenos. Eliminación baja de DBO5, pero significativa de SS, N y P. Nitrificación- Desnitrificación Nitrificación: el N orgánico y amoniacal se oxida, transformándose en nitrito y después en nitrato. La desnitrificación es el paso de los nitratos a nitrógeno atmosférico, por bacterias desnitrificantes. El N2 tenderá a salir a la atmósfera, disminuyendo el N del agua. Hasta un 70% de eliminación de nitratos y fosfatos, si se realiza conjuntamente con un tratamiento aerobio-anaerobio de eliminación de fosfatos. Filtro Intermitente de Arena (FIA) La arena es el medio más comúnmente usado, pero también la antracita, residuos de minería, ceniza de incineradores, etc. La superficie del lecho se dosifica en forma intermitente con efluente, el cual percola a través de la arena, quedándose retenidas ciertas sustancias. Más del 90% de coliformes fecales, el 90% de parásitos, el 50-90% de compuestos tóxicos orgánicos e inorgánicos, hasta el 67% de hierro y de manganeso y la mayoría de los sedimentos suspendidos. Microfiltración Filtración a través de membranas bajo presión (<5 atm) SS, componentes emulsionados, bacterias, protozoos Ultrafiltración Filtración a través de membranas bajo presión (2-8 atm) Macromoléculas con masas molares entre 5,000 y 100,000 (depende del tamaño del poro) Nanofiltración Filtración a través de membranas bajo presión (5-15 atm) Moléculas con masas molares de entre 200 y 500 (depende del tamaño del poro) Hiperfiltración Filtración a través de membranas bajo presión (15-100 atm) La mayoría de solutos e iones 22 Tabla 2.6: Tratamientos utilizados actualmente para la regeneración de aguas, metodología de cada uno de ellos y parámetros que modifican (Continuación). Tratamiento En qué consiste Parámetros que elimina Ósmosis inversa Forzar el agua a través de una membrana semipermeable que retiene los materiales presentes. Depende de la sorción preferencial del agua. Eliminación de sólidos disueltos orgánicos, metales pesados, 70-90% nitratos. Alto porcentaje de remoción de sales disueltas. Electrodiálisis Se aplica una corriente directa a un reservorio o corriente de agua, separado en capas verticales por membranas alternadamente permeables a cationes y aniones. Remoción de hasta el 50% de los compuestos inorgánicos disueltos. Eliminación sólidos disueltos orgánicos. Electrodesinfección Utiliza ánodos con elevado poder de oxidación de forma indirecta (producción muy elevada de oxidantes tipo cloro, ozono, radicales o peróxidos). Elimina virus, bacterias y parásitos. Destilación Colección de vapor de agua, después de hervir las aguas residuales, que deja como residuo las sustancias presentes en el agua. Impurezas volátiles como el CO2, sílice, amoníaco y diversos compuestos orgánicos. Adsorción con carbón activo Es un proceso donde el sólido (carbón activo) adsorbe sustancias solubles en el agua que quedan retenidas en este material. Restos de metales pesados, fosfatos, nitratos o restos de toxinas, fenoles, hidrocarburos aromáticos, olor, color y sabor, plaguicidas y COVs Stripping o arrastre con vapor de agua Proceso de transferencia de masa mediante la inyección de vapor de agua a través del efluente tratado, trasladando las partículas del efluente al vapor. Eliminación de COVs, como disolventes clorados o contaminantes gaseosos. Gran eliminación de amoniaco. Extracción de compuestos orgánicos volátiles. Especialmente adecuado para casos de bajas concentraciones. Extracción por solvente Disolución de la mezcla a separar en un disolvente que disuelva a todos los componentes. Se adiciona un segundo disolvente inmiscible. La separación de los disolventes y su evaporación, suministrará residuos enriquecidos en los componentes más solubles. Contaminantes orgánicos, COVs. SS: Sólidos en Suspensión DBO5: Demanda Biológica de Oxígeno DQO: Demanda Química de Oxígeno N: Nitrógeno total P: fósforo total COVs: Compuestos Orgánicos Volátiles Actualmente, uno de los procesos más utilizados tanto para la regeneración de aguas como para tratamientos terciarios en Estaciones Depuradoras es la cloración. Este método permite una gran eficiencia a la hora de escoger un tratamiento desinfectante, a lo que se suma también su bajo coste. Sin embargo el gran problema de la utilización de cloro para la desinfección de aguas residuales es la formación de compuestos organohalogenados cancerígenos como los trihalometanos (THMs). La ozonización es un método más efectivo que el cloro que también puede disminuir la concentración de muchos parámetros, sin generar subproductos cancerígenos del tipo organoclorados. El inconveniente es que precisa generación in situ, un reactor de contacto y una 23 operación apropiada para prevenir los riesgos de toxicidad hacia los operarios (Prats, 2011). Todo ello hace que resulte caro de instalar y tenga consumos energéticos importantes. La radiación UV es efectiva como bactericida y viricida, pero poco eficaz frente a parásitos. Su principal inconveniente es que el agua a tratar debe estar exenta de sólidos en suspensión y turbidez, ya que se reduce drásticamente el rendimiento (es decir, solicita un tratamiento previo de filtrado o similar). Además se pueden dar fenómenos de reactivación de virus si los tiempos de exposición a la radiación son cortos o si la dosis de radiación no es suficiente (Prats, 2011). Las nuevas tecnologías basadas en el uso de membranas (microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración) comprenden una separación mediante exclusión física debido al tamaño, por lo que no es posible la generación de subproductos. El efluente queda totalmente exento de sólidos en suspensión y turbidez. El inconveniente es el coste de instalación y operación, debido al ensuciamiento de las membranas (Prats, 2011). El resto de procesos son menos comunes, debido no solo a sus altos gastos de instalación o mantenimiento, sino por su mayor dificultad o incomodidad a la hora de aplicarlos al efluente para lograr su regeneración. Gracias a los resultados obtenidos en el capítulo cuarto, se ha decidido que este proyecto se centrará principalmente en las técnicas de desinfección, particularmente consideradas como las más apropiadas para el posterior uso, y en concreto en dos de ellas: el cloro y el ozono. Las razones por las que se han elegido estos métodos aparecen en el apartado 4.3.1 (Selección de los métodos más adecuados y justificación). Seguidamente se realiza un análisis de ambos tratamientos, explicando brevemente su historia de aplicación, su metodología, sus diferentes usos, ventajas e inconvenientes. Cloración El cloro, a lo largo de la historia y hasta la actualidad, ha sido el reactivo oxidante más utilizado en el tratamiento de aguas. La desinfección de aguas con cloro fue utilizada por primera vez en 1893, en Hamburgo (Alemania) y en 1904, se instaló el primer proceso de cloración continua en el abastecimiento de agua de Londres (Miguel, 2010). En condiciones normales, el cloro es un gas tóxico, de olor penetrante y color amarillo/verdoso que se disuelve en agua. Su aplicación puede ser en forma pura o en forma de los derivados a los que da lugar en disolución: hipoclorito de sodio o calcio y ácido hipocloroso. El hipoclorito de sodio o lejía (NaClO) se produce cuando el cloro gas se disuelve en una disolución de hidróxido de sodio, y el hipoclorito de calcio (Ca(ClO)2) se forma a partir del precipitado que resulta de disolver el cloro gas en una disolución de óxido de calcio e hidróxido de sodio. El ácido hipocloroso (HClO) es la forma más oxidante del cloro (potencial de oxidación de 1,48 V) y la más abundante en disolución acuosa (Miguel, 2010). El cloro posee una acción desinfectante en el agua que se consigue adicionando un exceso del mismo, de manera que se satisface la demanda de cloro del agua y además queda cierta cantidad de cloro residual para asegurar la calidad biológica a lo largo de su recorrido por la red de distribución (en el caso de cloración para potabilización de aguas). La demanda de cloro de un agua se define como la cantidad de cloro que reacciona con las sustancias presentes en el agua y que son susceptibles de ser oxidadas. El cloro residual se refiere a la cantidad de cloro en forma activa que permanece en el agua tras la reacción con dichas sustancias (Miguel, 2010). El cloro, como agente oxidante y desinfectante, se utiliza en la potabilización y regeneración de aguas para: 24 - Control de crecimiento de algas y otros organismos molestos que pueden dañar las instalaciones, como el mejillón cebra y la almeja asiática. - Eliminación de gérmenes patógenos. - Oxidación de compuestos orgánicos que da sabor, olor o color al agua. - Oxidación de compuestos inorgánicos como el hierro y el manganeso, nitritos, sulfuros, sulfitos y bromuros. - Descomposición de compuestos peligrosos fácilmente oxidables. - Mejora de la eficiencia del proceso de coagulación y filtración de partículas en suspensión al oxidarlas previamente. Por tanto, el cloro y derivados tienen un elevado poder desinfectante y acción desinfectante residual, además de la oxidación de muchos compuestos orgánicos e inorgánicos, siendo el método más sencillo y menos costoso de conseguir una desinfección. Sin embargo, la cloración también presenta una serie de inconvenientes. La principal desventaja de esta técnica es la formación de subproductos peligrosos. Cuando el cloro reacciona con la materia orgánica del agua, se forman compuestos orgánicos halogenados que son potencialmente cancerígenos. Entre estos subproductos los más importantes son los trihalometanos: cloroformo (CHCl3), bromodiclorometano (CHBrCl2), dibromoclorometano (CHBr2Cl) y bromoformo (CHBr3) (Rodríguez et al, 2007). La concentración de estas sustancias en aguas potables se encuentra limitada por la legislación vigente (RD 140/2003) estableciendo un límite de 100 μg/L como sumatorio total de trihalometanos. Todos ellos se forman por la reacción del cloro con la materia orgánica presente en el agua. Aunque el cloro presenta la gran desventaja de formación de subproductos, se debe tener en cuenta igualmente que, en el caso de aguas regeneradas, no hay ninguna normativa que indique un límite máximo de trihalometanos. Además de la formación de subproductos, el cloro presenta otros inconvenientes: - El cloro gas puede presentar problemas de toxicidad y corrosión en el almacenamiento y empleo del mismo. Son necesarios contenedores a prueba de fugas en el caso de utilizar cloro gas. - El hipoclorito de calcio tiene que ser almacenado en un lugar seco y a bajas temperaturas. - El hipoclorito sódico, además de ser corrosivo, presenta problemas de almacenamiento porque se degrada con el tiempo y en presencia de luz. - El cloro produce la liberación de metales componentes del material del sistema de distribución mediante oxidación, como por ejemplo el arsénico. Ozonización La primera aplicación del ozono en el mundo del agua, como agente desinfectante, se debe al francés De Meriteus en 1886. Posteriormente el empleo del ozono se ha extendido especialmente a finales del siglo XX, y en la actualidad es usado en numerosos países en plantas de tratamiento de agua potable (Doménech, 2004). El ozono es un gas incoloro, altamente corrosivo y tóxico. Es un agente con gran poder oxidante (potencial de oxidación 2,07 V) que se produce generalmente a partir del oxígeno por una descarga eléctrica en presencia de aire u oxígeno: los átomos que componen el oxígeno molecular se disocian y cada átomo liberado se une a una nueva molécula de oxígeno dando lugar a la molécula de ozono (Miguel, 2010). 25 A pesar de su elevado poder oxidante, el ozono es un compuesto inestable en disolución acuosa, aumentando su descomposición por el efecto del pH, de la luz o la temperatura. Debido a la inestabilidad de este compuesto debe ser generado in situ. El ozono, en disolución acuosa, puede reaccionar a través de dos vías (Andreozzi et al., 1999): - Vía directa: se trata de una oxidación directa debida a la reacción entre el ozono molecular y los compuestos disueltos. Esta oxidación es de ataque selectivo y tiene lugar a bajo pH. - Vía radicalaria: se trata de un mecanismo debido a la reacción entre los radicales generados en la descomposición del ozono y los compuestos disueltos. Este tipo, es un ataque no selectivo y tiene lugar a pH básico. El ozono como agente oxidante y desinfectante se utiliza en la potabilización y regeneración de aguas para: - Oxidación de contaminantes inorgánicos, incluyendo el hierro, el manganeso, el amoníaco, los nitritos, los yoduros y el sulfuro. - Oxidación de microcontaminantes orgánicos, incluyendo compuestos que dan olor y sabor al agua, contaminantes fenólicos y algunos plaguicidas. - Aumento de la biodegradabilidad de compuestos orgánicos. - Eliminación de color. Las dosis de ozono se encuentran limitadas por la transferencia de masa del gas al agua y por los costes asociados. El ozono es un poderoso agente oxidante/desinfectante, capaz de oxidar compuestos orgánicos e inorgánicos con tiempos de contacto muy bajos y sin producir subproductos halogenados de desinfección. Sin embargo, el principal problema del ozono es que no tiene poder residual que pueda prevenir durante cierto tiempo después de la desinfección. Además de este principal problema, el ozono presenta otros inconvenientes (Miguel, 2010): - En aguas con concentraciones de iones bromuro superiores a 0.10 mg/L produce subproductos de desinfección bromados (bromoformo, ácidos acéticos bromados, bromopicrina, acetonitrilos bromados) que pueden ser incluso más peligrosos para la salud humana que los no bromados. - Los ácidos orgánicos y los aldehídos aumentan considerablemente el contenido en carbono orgánico biodegradable que si no es eliminado, puede acelerar el crecimiento de bacterias en el sistema de distribución. - El coste inicial del equipamiento es muy elevado y la generación de ozono consume una gran cantidad de energía. - Requiere un alto nivel de mantenimiento y generación in situ. 2.2 Características de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales 2.2.1 Características de las aguas de salida de depuradoras En general, la composición de las aguas de salida de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales depende fundamentalmente de los hábitos de la población y los aportes industriales al vertido urbano, además de otros muchos impactos ambientales. Del mismo modo, los compuestos contaminantes que pueden detectarse en esas aguas son muy variados. A pesar de ello, se puede decir que en general, estas aguas se caracterizan por (Katsoyiannis y Samara, 2006; Kuster et al., 2008): 32 OHHNONitrosomasONH 2224 24232   En la segunda fase y mediante bacterias del género nitrobacter, tiene lugar la oxidación del nitrito a nitrato.   322 22 NOrNitrobacteONO El proceso de desnitrificación ocurre cuando la cantidad de oxígeno en el medio es mínima, y por tanto las necesidades de este elemento por la biomasa son solventadas por el oxígeno disponible en la molécula de nitrato, de forma que:   OHCOOHNBiomasaNO 2223 Para conseguir el juego de concentraciones máximas y mínimas de oxígeno disuelto en los reactores biológicos, la EDAR de Tauste posee un sistema informatizado que apaga o enciende las soplantes de oxígeno en función de la concentración de O2 disuelto en el tanque, con intervalos de tiempo regulares. - Decantadores secundarios. A los dos decantadores llega continuamente una mezcla de agua y biomasa desde los reactores. Los microorganismos que componen esta biomasa se aglomeran sobre pequeñas partículas en suspensión, generando unos flóculos de varios milímetros fácilmente decantables, que sedimentan en el fondo del equipo. Este fango es extraído y enviado de nuevo al reactor (con el fin de mantener la concentración adecuada de microorganismos en dicho reactor), o bien es purgado cuando se encuentra en exceso. Cuando sale de los decantadores, el agua va hacia la fuente de presentación, que es el punto de evacuación del efluente hacia el río. La EDAR de Tauste vierte su efluente en el río Arba (del cual se sitúa a unos 40 metros de distancia) utilizando un emisario subterráneo. Imagen 2.17: Decantador secundario EDAR Tauste. Fuente: elaboración propia. - Recirculación del lodo activado. Para mantener la concentración en el reactor, gran parte de los lodos decantados en el decantador secundario son recirculados de nuevo al tanque biológico y así mantener la población necesaria. El resto de fangos se desechan en una purga, la cual es necesaria también para extraer cierto número de microorganismos del sistema y poder trabajar con una población fija de ellos, ya que en el reactor se forman continuamente microorganismos nuevos. Los lodos que son recirculados entran de nuevo al tanque biológico por donde el agua residual procedente del pretratamiento. 33 Figura 2.18: Procesos y operaciones unitarias en depuración de aguas residuales. Fuente: Fundación EOI, 2005. La determinación del caudal de recirculación se realiza a partir del índice volumétrico de fangos (IVF), definido como el volumen en mililitros ocupado por un gramo de MLSS después de un tiempo de decantación de 30 minutos. Los MLSS son los Sólidos Suspendidos en el Licor Mezcla, siendo este Licor el conjunto de agua residual y biomasa del reactor biológico. 4. Espesador. Se trata de un espesado de los fangos en un Espesador de gravedad (concentración y reducción del volumen de fangos procedentes de la purga mediante un cilindro metálico que rompe la velocidad de las aguas y las remueve mediante un canal periférico). La diferencia de densidad entre el agua y los fangos a espesar, hacen posible la separación de ambas fases. De forma cilíndrica y cubierto por la parte de arriba, el espesador tiene en su interior un fondo con pendiente de 45º que facilita la descarga del fango espesado. Posteriormente los fangos son estabilizados (mediante oxidación de la materia orgánica vía anaerobia) antes de llegar a la zona de deshidratación. Imagen 2.19: Espesador de fangos EDAR Tauste. Fuente: elaboración propia. 5. Deshidratación: realizada en centrífugas (rotura y secado de los fangos provenientes del espesador mediante la adición de calor, reduciendo por evaporación el contenido de agua). Las centrífugas son máquinas que separan las partículas de acuerdo con su densidad y tamaño, de tal forma que las partículas más pequeñas se perderían con el efluente, quedando retenidas las más pesadas. Sin embargo, gracias a la utilización de polielectrolito (polímero adicionado al lodo justo antes de su entrada al dispositivo de centrífuga), se 34 consigue la floculación del fango y en consecuencia una mayor retención de partículas, así como una mayor sequedad en el producto final o torta (entre el 20 y el 25% de sequedad). Figura 2.20: Esquema de una centrífuga. Fuente: Tecnologías para la sostenibilidad. Procesos y operaciones unitarias en depuración de aguas residuales, 2005. Los lodos procedentes de la centrífuga son almacenados en un silo, y recogidos cada dos semanas para su aplicación como abono en terrenos agrícolas del propio municipio. 2.3 Cultivo objeto de estudio Tal y como se ha nombrado en párrafos anteriores, el objetivo del presente proyecto es el modificar la calidad del efluente de la EDAR de Tauste, para que éste tenga las características adecuadas para el regadío de maíz. Seguidamente se presenta una breve historia sobre la biología de este cultivo y el estado actual de su producción. El maíz (Zea mays) es uno de los cereales de mayor importancia a nivel mundial. Originario de América del sur y Centroamérica, sin que pueda precisarse el lugar en el que se inició su cultivo hace unos 5000 años, fue la base de alimentación en ese continente y hoy es, junto con el arroz y el trigo, uno de los principales alimentos cultivados por el hombre. Procede de la mejora de una gramínea silvestre, realizada por las culturas precolombinas y aunque hoy existen muchas variedades, todas están emparentadas con la especie Zea mexicana (teosinte), que crece silvestre en Méjico. La mejora genética realizada por el hombre durante siglos hace que, en la actualidad, la morfología del maíz sea muy diferente de la de su antepasado. Imagen 2.21: Zea mays. Fuente: www.panorama.com.ve 35 La producción mundial está en torno a los 760 millones de t/año. El mayor productor es Estados Unidos (aproximadamente el 43%), seguido por China (19%) y Brasil (cerca del 7%). La Unión Europea ocupa el cuarto lugar como productor, con poco menos de 50 millones de t/año (Guerrero García, 1999). La producción de cereales en general, y en particular del maíz, se ha visto incrementada durante el siglo XX por dos hechos fundamentales: la mejora genética y la fertilización, especialmente la nitrogenada. Hoy se estima que la producción de maíz, en los países desarrollados, podría incrementarse al menos un 30% adoptando programas de abonado correctos. 2.3.1 Parcelario de la zona de estudio y sistema actual de riego Para la realización de este estudio, se ha seleccionado una superficie sobre la cual se realizaría el regadío con el agua residual regenerada. Esta zona se encuentra en el término municipal de Tauste, y está constituida por terrenos anexos o próximos a la Estación Depuradora. Imagen 2.22: Municipio de Tauste y zonas agrícolas más cercanas al casco urbano, Escala 1:71428 Fuente: Visor IBERPRIX Como se puede ver en el mapa anterior, Tauste se divide en varias zonas agrícolas ubicadas alrededor del casco urbano, y todas ellas con su sistema independiente de riego. De entre todas las zonas presentes, se ha elegido “Campo Hondo-Miraflores”, por ser aquella donde está ubicada la Estación Depuradora de Tauste (facilidad a la hora de manejar el traslado del agua de la EDAR hasta las parcelas a regar). La imagen 2.22 se puede con mayor detalle en el Anexo IV. 36 Campo Hondo-Miraflores se sitúa en el Aluvial del Bajo Arba, las parcelas son de tipo regadío y se riegan actualmente con las aguas de la “Acequia del lugar”. El riego de toda la zona cercana al Arba se basa en dos acequias, una por la margen izquierda del río (Acequia del lugar) y la otra por la derecha (Acequia de tras l’Arba). Ambas acequias nacen del río Arba, en un punto varios kilómetros aguas arriba llamado Escorón. Allí se sitúa un pequeño salto del río, mediante el cual se aprovecha para dar paso al nacimiento de ambas acequias, una por cada margen del río. Actualmente la comunidad de regantes perteneciente a toda la zona regada por las dos acequias anteriores, se llama “Sindicato de regantes de la Huerta Alta de Tauste”. El método seguido para la selección de la superficie de estudio se detalla a continuación. Se ha tenido en cuenta un radio de 1000 metros alrededor de la depuradora, con el objetivo de trabajar en esa superficie por su cercanía a la instalación. Imagen 2.23: Radio de 1000m alrededor de la EDAR de Tauste, Escala 1:16666 Fuente: Visor SIGPAC. Una vez seleccionado ese radio, se ha optado por elegir para el futuro regadío parcelas situadas en la margen izquierda del río Arba (margen en la que se encuentra instalada la Estación Depuradora), aprovechando la barrera natural que supone dicho río. Igualmente se ha tomado como referencia, por el lado contrario, el casco urbano de Tauste como barrera artificial. Gracias a ambas barreras, queda delimitada una zona entre el río Arba y el municipio, en la cual se va a desarrollar el área de estudio. Dentro de esta zona, se ha seleccionado un polígono en el cual se toma como área de estudio. Las parcelas seleccionadas han sido todas aquellas que fueron sembradas con maíz el año anterior (2011), dentro de este polígono. En las siguientes imágenes se puede ver el polígono remarcado en color rojo (Imagen 2.24), y las parcelas con cultivo de maíz del área de estudio, marcadas con una X de color rojo (Imagen 2.25). 37 Imagen 2.24: Mapa de la superficie de estudio, Escala 1:22333. Fuente: Visor SIGPAC. Imagen 2.25: Mapa de las parcelas de la zona de estudio, Escala 1:8333 Fuente: Visor SIGPAC. 38 Actualmente, y según datos ofrecidos por la Oficina Comarcal Agraria de Tauste, cada año se siembran con maíz una media aproximada del 30% del total de las parcelas de Campo Hondo- Miraflores. Catalogación de la zona Según la Orden de julio de 2004, del Departamento de Agricultura y Alimentación, se designan como nuevas Zonas Vulnerables a la contaminación de las aguas por nitratos procedentes de fuentes agrarias en la Comunidad Autónoma de Aragón, aprobándose el programa de actuación sobre las mismas: Zona Vulnerable del acuífero del Ebro III y Aluviales del Bajo Arba, Bajo Gállego y Bajo Jalón; Zona Vulnerable de Singra-Alto Jiloca; Zona Vulnerable de los sectores oeste y centro del acuífero de Apiés; y Zona Vulnerable del acuífero de Muel-Belchite. (BOA de 4 agosto, 2004). o Las parcelas del término municipal de Tauste que según el catastro estén declaradas como tipo I (regadío) y se rieguen con aguas del canal de Tauste. Igualmente, y gracias a la Resolución de 30 de junio de 2011, de la Secretaría de Estado de Medio Rural y Agua, por la que se declaran las zonas sensibles en las cuencas intercomunitarias, se declara a la zona del Río Arba de Luesia (Desde el río Arba de Riguel hasta desembocadura en el Río Ebro) como Zona sensible, englobando con esta decisión todo el término municipal de Tauste en esta catalogación. Con respecto a las normativas aquí citadas, la superficie de estudio seleccionada para este proyecto, y englobada dentro de la zona de Campo Hondo-Miraflores, queda catalogada como Zona Vulnerable a la contaminación por nitratos, por encontrarse dentro de los límites de las zonas de regadío de Tauste y de los Aluviales del Bajo Arba. A esta catalogación se le suma la de Zona Sensible de todo el municipio. Debido al peligro por la posible contaminación, es obligatorio dentro de las Zonas Vulnerables y Zonas Sensibles el respetar una serie de límites de ciertos parámetros en los vertidos de aguas de EDAR a los cauces principales. El primero de estos límites es en la concentración de nitrógeno total en el efluente de salida. Por estar situada en una zona catalogada como Zona Vulnerable, la planta de Tauste está obligada a cumplir un límite de 15 mg/L de Nitrógeno total en su vertido al río. El segundo de estos límites está relacionado con la catalogación de Zona Sensible. Debido a que la EDAR de Tauste se encuentra también en una zona sensible, la concentración de fósforo debe estar por debajo del límite para este tipo de zonas, que es de 2 mg/L. Los límites de estos parámetros aparecen en la Directiva 91/271/CEE, sobre el tratamiento de aguas residuales urbanas, y se reflejan en la siguiente tabla: Tabla 2.26: Requisitos para los vertidos procedentes de Estaciones de Depuración de Aguas Residuales urbanas. Fuente: Directiva 91/271/CEE. Parámetros Concentración Porcentaje mínimo de reducción 10.000 a 100.000 h-e > 100.000 h-e Fósforo total 2 mg/L P 1 mg/L P 80% Nitrógeno total (mg/L N) 15 mg/L N 10 mg/L N 70-80% 39 2.3.2 Necesidades hídricas y nutricionales del maíz A continuación se presentan los intervalos (en kg) de los principales nutrientes que consume el maíz por tonelada de grano producido, así como de los principales oligoelementos presentes en el suelo y que condicionan su crecimiento. Tabla 2.27: Extracción y exportación real de nutrientes principales por la parte aérea del maíz. Fuente: Canadian Fertilizer Institute (1998) Nutrientes kg/t de grano Exportación (grano) Extracción total Nitrógeno (N) 15,5-19,1 24,7-30,0 Fósforo (P2O5) 7,0-12,3 10,2-12,3 Potasio (K2O) 4,5-5,4 20,7-25,2 Tabla 2.28: Extracción de microelementos para una cosecha de 18,7 toneladas de grano de maíz. Fuente: Benne et al (1964). Nutrientes g/ha Exportación (grano) Extracción total (planta entera) Hierro (Fe) 143 6240 Manganeso (Mn) 37 483 Zinc (Zn) 187 440 Cobre (Cu) 37 199 Boro (B) 36 126 Molibdeno (Mo) 5,5 11,1 Además de nitrógeno, fósforo y potasio, los cultivos necesitan también sales, que se encuentran disponibles en el agua de riego en cierta cantidad, y muchas de las cuales son nutrientes. En España, donde el maíz se cultiva mayoritariamente en regadío, el volumen de agua añadido es muy importante, de modo que cualquier sal que ésta contenga, será aportada también en cantidades considerables. Seguidamente se presenta un diagrama donde se puede apreciar el volumen necesario (en milímetros por día) de agua necesaria por el maíz. Figura 2.29: Consumo de agua del maíz, en milímetros por día. Fuente: elaboración propia. El maíz tiene un requerimiento variable de agua en sus distintas etapas de crecimiento y desarrollo, como se ve en el gráfico anterior, que muestra el consumo promedio de agua a lo largo del ciclo de un maíz de ciclo completo. 40 Además de los datos de necesidades hídricas expuestos anteriormente, se han recabado datos más específicos de riego para el maíz en la zona de estudio, llevando a cabo una citación con un socio de la comunidad de regantes de Campo Hondo-Miraflores, con parcelas dentro del área de estudio. Según datos de José Manuel Laborda, socio regante de la Comunidad de Regantes de La Huerta-Alta de Tauste, las necesidades hídricas de una hectárea sembrada con maíz en esta zona son de unos 8.000 a 10.000 m3 por temporada. En este municipio, el periodo de siembra comienza en la segunda quincena del mes de abril, siendo el periodo de cosecha en noviembre y diciembre. Este dato se da para un tipo de riego “de superficie” o “a manta”, que consiste en el anegamiento por completo de la parcela. Este tipo de riego es el utilizado por la inmensa mayoría de los usuarios regantes de las parcelas de maíz en la zona (información obtenida del socio José Manuel Laborda). Con los métodos de riego por inundación de superficie, la profundidad a la que penetra el agua en el suelo varía en distintos lugares del campo y depende de la tasa y el tiempo de infiltración. Estas diferencias se deberán a la pendiente del terreno, grado de compactación, cambio de textura y química del suelo. Caudal disponible Los cálculos para obtener el dato de qué cantidad de metros cúbicos se poseen para el regadío de las parcelas de maíz, se llevará a cabo mediante el siguiente método. Gracias a la información cedida por el Instituto Aragonés del Agua, se poseen datos medios diarios del caudal de salida (efluente tratado) de la EDAR de Tauste. Se tomará este dato diario multiplicándolo por el número de días de cada mes, y haciendo el sumatorio de todos los meses. Con esta serie de ecuaciones se obtendrá el número total de metros cúbicos de efluente tratado al año, de los cuales se seleccionarán únicamente los caudales de los meses correspondientes a las campañas de riego del maíz (de abril a diciembre). Una vez obtenido el dato del total de caudal disponible para los meses en los que el cultivo del maíz está activo, se llevará a cabo el cálculo de los metros cúbicos necesarios para el regadío de las parcelas seleccionadas. Para ello, se tendrá en cuenta el número total de parcelas de maíz seleccionadas y las necesidades hídricas correspondientes a dichas parcelas. Una vez averiguadas estas dos cifras, se obtendrá el tanto por ciento del efluente que se necesitará para la irrigación del terreno escogido. 41 3. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1 Toma de muestras Para la toma de muestras del efluente de la EDAR de Tauste no se siguió un patrón específico de fechas. Se realizaron un total de siete tomas de muestras, todas ellas repartidas entre finales del mes de septiembre de 2012, y finales de febrero de 2013, y en cada una ellas se siguió el procedimiento estandarizado de toma de muestras para aguas residuales, el cual se especifica a continuación en este mismo capítulo. Método Estandarizado para toma de muestras de aguas residuales Todas las muestras tomadas para análisis se obtuvieron siguiendo el mismo procedimiento. La muestra para analizar fue en todos los casos una muestra simple, considerando como tal la obtenida en el punto de muestreo, y sin que se puedan obtener muestras compuestas ni integradas. Para la toma de muestras se utilizaron envases de plástico, limpios y esterilizados (30 minutos en autoclave a 120ºC). El volumen mínimo para la recogida de muestras fue de 2 litros (volumen mínimo recomendado en las captaciones de aguas residuales para análisis), siendo el máximo de 22 litros (acumulado en receptáculos de 2 y 5 litros). Los recipientes fueron llenados hasta el máximo sin dejar cámara de aire. Los envases fueron marcados con rotulador permanente, y cada uno de ellos se acompañó con un informe con los siguientes datos: nombre, dirección, origen de la muestra (fuente de presentación), fecha y hora del muestreo. Cada muestra tomada es una muestra representativa y homogeneizada del efluente del día anterior, es decir, en la EDAR de Tauste está instalado un sistema “toma-muestras” conectado a la fuente de salida del efluente hacia el río. Este aparato se programa 24 horas antes de tomar las muestras, y automáticamente va captando la misma cantidad de efluente a cada hora, dando lugar a una muestra final compuesta de 24 subtomas correspondientes a las 24 horas anteriores. Este dispositivo facilita el proceso y mejora los datos estadísticos ya que se obtienen muestras representativas de todas las horas del día. Las muestras obtenidas se mantuvieron refrigeradas en nevera (entre 2 y 8ºC) y en oscuridad, llegando en todos casos al laboratorio en menos de 24 horas desde su recogida. Para llevar a cabo las mediciones mediante el método de Nitrógeno Kjeldhal, la muestra debe ser fresca (menos de 48h tras su recogida). Para todos los análisis con este procedimiento, se almacenaron las muestras en un recipiente cerrado a 4ºC de temperatura hasta su medición. Igualmente, y para evitar la degradación del nitrógeno, se acidificaron las muestras en todos los casos. Para llevar a cabo esta acidificación, se añadió ácido sulfúrico concentrado (96%) hasta que el pH alcanzó un valor de 1,5-2. (4-130 Nitrogen Organic, Eaton et al, 2005). 3.1.1 Datos estadísticos del efluente de la EDAR de Tauste en 2011 Para una mejor documentación sobre los rangos en los que se mueven los parámetros que se analizan in situ en la EDAR de Tauste (por parte de la encargada de la planta), se llevó a cabo la recogida de datos de todos los parámetros relativos al ejercicio de 2011. Esta acción fue posible gracias a la implicación directa con la empresa, ya que las prácticas externas obligatorias en los estudios de Ciencias Ambientales fueron realizadas en la Estación Depuradora de Aguas Residuales de Tauste, en el verano de 2012. 48 o Cobre, Níquel, Zinc, Aluminio, Boro, Mercurio, Cadmio, Cromo, Plomo Los análisis de estos metales pesados no se pudieron llevar a cabo en el laboratorio en el que se desarrolló el presente proyecto por falta del equipo necesario. Por ello, se enviaron muestras al laboratorio SAI de la Universidad de Zaragoza para la determinación de estos parámetros. Este servicio analizó dichos parámetros mediante el método de Espectroscopía de Emisión Atómica en Plasma ICP, explicado anteriormente en el apartado 3.2.1.1 (SAR). 3.3 Procedimiento experimental Este proyecto fin de carrera se ha basado en el estudio de los posibles tratamientos de regeneración del efluente de la estación depuradora del municipio de Tauste, teniendo en cuenta su uso final, que en este caso es el riego de parcelas agrícolas con cultivo de maíz. Para lograr este propósito, se han efectuado varios análisis completos (o caracterizaciones) del efluente de la planta del municipio, y los valores obtenidos se han comparado con los valores de ciertos parámetros que precisa el maíz en el agua de riego (estos últimos encontrados tanto en legislación como en recomendaciones de autores). Una vez comparadas las características que posee el efluente y las que se requieren para el riego del maíz, se ha llevado a cabo un estudio en el que se ha buscado el tratamiento más adecuado para alcanzar esta calidad. El resultado ha sido la elección de dos posibles técnicas de regeneración: la cloración y la ozonización, y ambas han sido aplicadas al efluente a escala de laboratorio. Los tratamientos de regeneración seleccionados se aplicaron en las mismas muestras que se caracterizaron, pudiendo obtener así datos realmente comparables de la efectividad de los métodos empleados. Igualmente, se realizaron dos repeticiones de cada uno de los tratamientos de regeneración seleccionados para obtener datos con un menor rango de error, realizando posteriormente medias entre ambos resultados (desviación típica). Seguidamente se explica el procedimiento experimental llevado a cabo para aplicar las dos técnicas de regeneración al efluente de la EDAR. Aplicación de Ozono El equipo utilizado para la generación del ozono es un ozonizador FISCHER modelo 500. Este ozonizador contiene dos electrodos concéntricos, entre los que se establece un alto voltaje mientras fluye una corriente de oxígeno puro. En la descarga que se produce, se genera oxígeno atómico que se combina con el oxígeno molecular que circula entre los electrodos, formándose así la molécula de ozono. El esquema de la instalación completa utilizada para el tratamiento de muestras con ozono se muestra a continuación: 49 Figura 3.3: Esquema de la instalación para el tratamiento de muestras de ozono. Fuente: Departamento de Investigación, Calidad y Tratamiento de Aguas de la universidad de Zaragoza. El oxígeno se aporta desde una botella de O2 que se conecta directamente al ozonizador por lo que el aporte de gas se debe ajustar mediante la válvula reductora a 0,5 bar. La generación de ozono aumenta con el caudal de oxígeno introducido, por lo que el flujo de oxígeno que entra al ozonizador se regula con la válvula acoplada al rotámetro situado en el frontal del equipo. Entre la botella de gas y el ozonizador se coloca un lecho de sílica gel que debido a sus propiedades higroscópicas elimina la humedad de la corriente de O2 antes de entrar en el ozonizador, ya que el gas de entrada siempre debe estar seco. Una vez accionado el interruptor principal transcurren unos breves segundos hasta que el amperímetro muestra la subida de corriente que indica que ha comenzado la ozonización. El ozonizador se conecta a un reactor cerrado de vidrio que funciona en régimen semicontinuo, continuo respecto al gas y discontinuo respecto al líquido. El ozono gas se transfiere a la muestra por la parte superior del reactor a través de un divisor poroso (O3 introducido). La transferencia del ozono al agua produce un burbujeo que proporciona agitación a la muestra, favoreciendo el contacto ozono-agua. Para encontrar la cantidad exacta de ozono que se necesitará aplicar a la muestra de dos litros, se toma la recta de calibrado del ozonizador del laboratorio, a fecha de 08/01/2013: Figura 3.4: Recta de calibrado del ozonizador del laboratorio de Investigación, Calidad y Tratamiento de Aguas de la universidad de Zaragoza. Fuente: Departamento de Investigación, Calidad y Tratamiento de Aguas de la universidad de Zaragoza. 50 Con los datos anteriores, se obtienen los minutos de duración que debe de tener el tratamiento con ozono de la muestra del efluente de la EDAR de Tauste. Pero no todo el ozono producido llega a consumirse en la reacción ya que parte queda en la fase gaseosa en la zona superior del reactor. Este ozono debe ser destruido (O3 no consumido) por o que se colocan tres borboteadores (en este caso dos) en serie al reactor que contienen una disolución de yoduro potásico al 2%. El ozono reacciona con el yoduro potásico reduciéndose a oxígeno y liberándose a la atmósfera. El experimento debe llevarse a cabo en una campana extractora ya que el ozono es un elemento tóxico. La cantidad de O3 no consumida se calcula por un método volumétrico con tiosulfato sódico. Por lo tanto, el O3 consumido por la muestra se calcula según la ecuación: O3 consumido= O3 introducido – (O3 no consumido + O3 residual disuelto) La cantidad de ozono producida se calcula por el método iodométrico (Kolthoff et al, 1957). Este método consiste en tomar muestras de la disolución de IK de los borboteadores para cada uno de los caudales de oxígeno y de los intervalos de tiempo fijados y valorar con tiosulfato sódico el yodo que se produce al reaccionar el KI con el ozono. El ozono residual disuelto se considera cero por su rápida degradación. El yodo generado corresponde estequiométricamente con la cantidad de ozono generada ya que conforme el O3 alcanza la disolución de KI, el O3 se reduce a O2 y a su vez el yoduro se oxida a yodo: O3 + H2O + 2e-  O2 + 2OH- 2I- - 2e-  I2 _________________________________ O3 + H2O + 2I-  O2 + I2 + 2OH- Se toman alícuotas de 50 ml de cada borboteador y se añaden 10ml de H2SO4 concentrado (96%) ya que se requiere medio ácido para la valoración. Se comienza a valorar con tiosulfato sódico hasta que el color pardo rojizo que aparece como consecuencia del I2 formado se torne amarillo pálido. En este momento se añade el indicador de almidón, puesto que si se añadiera a la muestra inicial, en la que la cantidad de yodo es muy superior, se formaría un complejo que impediría valorar correctamente. El ozono generado, en mg h-1, se calcula según la siguiente expresión:               t 60 24 V' 250 NV/hOmg 3 Donde: V = volumen total de tiosulfato sódico consumido (agente valorante) N = normalidad de la disolución de tiosulfato sódico V’ = volumen de KI tomado para la valoración t = tiempo, en minutos, de funcionamiento del generador 24 = peso equivalente del ozono Por último, se suman los dos valores obtenidos de tiosulfato sódico consumidos en las valoraciones de las muestras de los dos borboteadores. Esta suma equivaldrá a todo el tiosulfato consumido para valorar el total de ozono presente en los dos litros de muestra. 51 Aplicación de cloro Previa aplicación del cloro a la muestra se debe averiguar la demanda de cloro que requiere dicha muestra. Para su cálculo se utiliza el método estándar 5710 B (Eaton et al., 2005). Para este objetivo hay que preparar inicialmente un reactivo de cloración a base de hipoclorito de sodio diluido (1:10) con agua destilada. A continuación, en un frasco con tapón de teflón de 350 ml, se añaden 5 ml de reactivo de cloración, 5 ml de tampón fosfato y se llena con la muestra. Las muestras cloradas se deben almacenar un mínimo de 4 horas en la oscuridad, a 25º C de temperatura. Las reacciones que tienen lugar con el hipoclorito de sodio es: NaOCl + H2O ↔ Na+ + OH- + HOCl HOCI ↔ H +OCI Para calcular la dosis suministrada de cloro a la muestra, se toma un frasco de vidrio con tapón de teflón, se añaden 5 ml de reactivo de cloración y se llena hasta rebose con agua destilada. Del contenido de este último frasco, se valoran 100 ml con tiosulfato sódico, utilizando almidón como indicador. Para la valoración se utilizarán 100ml del contenido de este frasco, 5ml de ácido acético y 1g de yoduro potásico. Se valora esta mezcla con el tiosulfato hasta que vira de naranja oscuro a color amarillo claro. Una vez ha virado se añade 1ml de almidón, y se sigue valorando con tiosulfato hasta que el color cambia de marrón-morado a transparente. Es entonces cuando se hace el recuento del volumen total utilizado de tiosulfato para la valoración. Donde: Vv: es el volumen de agente valorante consumido en la valoración. N: es la normalidad del tiosulfato Vm: volumen de muestra valorada. Este resultado sirve también para conocer la concentración exacta del reactivo de cloración (Rc) que vendrá dada por la expresión: Rc = D0*350/5 Para calcular el cloro residual (R) se valoran 100ml del contenido del frasco de la muestra clorada con tiosulfato sódico, utilizando almidón como indicador. Para la valoración se utilizan 100ml del contenido del frasco de la muestra clorada, 5ml de ácido acético y 1g de yoduro potásico. En esta valoración se tienen que dar los mismos virajes de colores que en la valoración del frasco de agua destilada con reactivo de cloración, añadiendo también 1 ml de almidón entre viraje y viraje. Una vez ocurrido esto, se mide la cantidad de tiosulfato sódico gastada en la valoración. El cloro residual en la muestra en mg de Cl2/L (R) vendrá dado por la expresión: R=Vv*N*35,5*(1000/Vm) Donde: Vv: es el volumen de agente valorante consumido en la valoración. N: es la normalidad del tiosulfato. 52 Vm: volumen de muestra valorada. Por último, para calcular la demanda de cloro de la muestra, se ha de resolver la siguiente ecuación: CD=D0-R (mg Cl2/L) Conociendo ya la demanda de cloro de la muestra, a partir del reactivo de cloración se adiciona la cantidad exacta de cloro para satisfacer la demanda (CD). 53 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1 Cálculo de caudales disponibles y necesidades hídricas del parcelario Como se viene comentando con anterioridad, este proyecto busca la regeneración de aguas con una calidad apta para el riego de parcelas con el cultivo de maíz, para lo cual es necesario, en primer lugar, calcular las cantidades de agua que se necesitan para este cometido. Por ello, se procede a continuación al cálculo de las necesidades hídricas del parcelario de estudio. Primeramente, hay que tener en cuenta el número total de parcelas que se han seleccionado, que son 49,5696 hectáreas cultivadas con maíz. Se trabajará con la cifra de 50 hectáreas para poseer un pequeño margen de error o pérdidas. - Necesidades hídricas del cultivo: entre 8000 y 10000 m3 por hectárea y temporada. (Se tomará siempre el dato máximo de necesidad para el cálculo de las necesidades totales). - Necesidades hídricas del total de parcelas ocupadas con maíz: aproximadamente 50 hectáreas Necesidades hídricas de la zona de estudio = 10000m3/ha * 50 hectáreas = 500000 m3. - Caudales de efluente disponibles: Se han obtenido valores medios de caudales diarios dependiendo de cada mes. La información ha sido proporcionada por el Instituto Aragonés del Agua. Tabla 4.1: Cálculos de las necesidades hídricas del parcelario de estudio y de los caudales de salida de la de la EDAR de Tauste (en m3/día). Fuente: elaboración propia. Mes Caudal tratado medio diario (m3/día) Nº días/mes Volumen efluente (m3) al mes Enero 1983 31 61473 Febrero 1998 28 55944 Marzo 2213 31 68603 Abril 1965 30 58950 Mayo 2014 31 62434 Junio 2000 30 60000 Julio 2048 31 63488 Agosto 2174 31 67394 Septiembre 2404 30 66120 Octubre 2203 31 68293 Noviembre 2028 30 60840 Diciembre 1823 31 56513 Total 750052 Total temporada riego (abril-diciembre) 564032 La temporada de riego dura desde abril hasta diciembre, así que el total de metros cúbicos de efluente en ese rango de meses es de 564032 m3/temporada de riego. Como se puede observar, la cantidad de caudal tratado es mayor que la cantidad de caudal necesario para el regadío de la zona de estudio, por lo que se deduce que no habrá problemas de abastecimiento a lo largo de la temporada. Concretamente, el caudal necesario supone un 88,65% del caudal total de efluente en los meses de riego. 54 El hecho de que este caudal se desvíe hacia los campos de cultivo y no hacia el río, podría suponer una ausencia de recursos para aquellos agricultores que pudiesen tener tomas de agua del río más adelante en el cauce, pero éste no es uno de esos casos, ya que aguas abajo y hasta la desembocadura del río Arba en Gallur (municipio anexo a Tauste), no hay ninguna otra toma de agua para riegos. Comparativa de la situación actual y futura en la zona de riego Actualmente las aguas utilizadas para el riego de estas parcelas proceden del río Arba (Acequia del lugar). Si se realiza un balance aproximado de entradas y salidas del río, se obtiene que el agua que se sustraería de la EDAR para riego, y que por tanto dejaría de ser vertida al cauce, es la misma que actualmente proviene de la acequia y que no haría falta utilizar. Por tanto, la cantidad de agua desviada del río destinada anteriormente a regar estas parcelas, se verterá de nuevo en el río sin previo uso. Es decir, la cantidad de agua utilizada para el riego va a ser la misma pero obtenida de distinta fuente, y los vertidos al cauce principal del río Arba van a ser los mismos pero en distintos puntos. Antes Figura 4.2: Esquema de la situación actual en la zona de estudio. Fuente: elaboración propia. 55 Después Figura 4.3: Situación tras la reutilización de las aguas regeneradas para el riego de la zona de estudio. Fuente: elaboración propia. El resultado final es que se utiliza el mismo volumen de recurso hídrico para regar antes y después de la regeneración, teniendo en cuenta que lo único que varía es la fuente de ese recurso. La cantidad de agua que se deriva del Arba a la Acequia del Lugar seguirá siendo la misma, pero el retorno al Arba será mayor ya que el volumen que antes de la regeneración se usaría para regar las parcelas de estudio, ahora volverá al cauce aguas abajo. El beneficio se presenta entonces en que no sólo se reducirá el vertido de aguas residuales tratadas al río, sino que además se consigue un agua de riego de mejor calidad que la actual. 4.2 Caracterización del efluente de la EDAR de Tauste 4.2.1 Caracterización del efluente durante el ejercicio de 2011 Estos datos corresponden a los valores medios mensuales de 2011, de aquellos parámetros cuyo análisis en la propia instalación depuradora son obligatorios. La tabla con todos los datos proporcionados por el Instituto Aragonés del Agua se presenta a continuación: 56 Tabla 4.4: Caracterización mensual de los parámetros analizados in situ en la EDAR de Tauste en el año 2011. Fuente: Instituto Aragonés del Agua. Mes Conduc. (dS/cm) SS (mg/L) DBO5 (mg/L) Nt (mg/L) N-NH4+ (mg/L) N-NO3- (mg/L) Pt (mg/L) DQO (mg/L) Caudal tratado medio diario (m3) m3/mes Enero 1,41 10,00 11,00 6,70 3,40 0,30 0,70 34,00 1983,00 67422 Febrero 1,33 11,00 6,00 3,30 1,20 0,60 0,50 32,00 1998,00 63936 Marzo 1,51 20,00 8,00 5,90 1,90 0,20 2,90 48,00 2213,00 106224 Abril 1,42 9,00 4,00 6,10 1,00 2,50 1,20 31,00 1965,00 60915 Mayo 1,39 4,00 4,00 2,10 0,80 0,30 0,60 18,00 2014,00 36252 Junio 1,44 5,00 10,00 2,10 0,20 0,80 0,80 23,00 2000,00 46000 Julio 1,56 5,00 5,00 4,80 1,00 0,80 1,00 25,00 2048,00 51200 Agosto 1,59 9,00 9,00 22,90 0,90 19,20 3,70 41,00 2174 89134 Septiembre 1,53 8,00 7,00 7,80 1,60 2,80 1,80 33,00 2204,00 72732 Octubre 1,58 7,00 4,00 7,90 0,70 4,30 0,70 24,00 2203,00 52872 Noviembre 1,31 10,00 7,00 11,90 9,50 0,30 0,40 25,00 2028,00 50700 Diciembre 1,61 7,00 3,00 23,30 19,10 2,60 0,30 20,00 1823,00 36460 Rangos Habituales EDAR Tauste 1,31-1,62 4,00-20,00 3,00-11,00 2,10-23,30 0,20-19,10 0,20-19,20 0,30-3,70 18,00-48,00 1823,00-2213,00 57 Con la tabla anterior se corrobora la información concedida por Sara Larrodé (Encargada de la EDAR de Tauste), de que la composición del efluente de salida es similar todo el año, ya que el caudal de entrada no sufre variaciones importantes durante los doce meses. Como se puede observar, la mayoría de los parámetros oscilan en unos valores medios similares todos los meses, exceptuando los valores de ciertos parámetros en algunos meses. Estos valores son los SS en marzo (los cuáles pueden deberse a un comienzo en las labores de jardinería de primavera, que puede aumentar los niveles de finos en el vertido), el Nitrógeno total y nitratos en agosto (el cual puede ser ocasionado por el aumento de la carga orgánica y nutrientes procedentes de la empresa conservera del polígono, ya que comienza la campaña del tomate), y el fósforo en agosto (cuyo aumento puede ser debido, al igual que el nitrógeno y los nitratos, al aumento de nutrientes en el caudal de entrada ocasionados por los vertidos de la industria conservera). Mediante la información de la tabla anterior se obtienen valores medios de los parámetros que deben ser analizados diaria o semanalmente en el laboratorio de la planta depuradora. Actualmente se encarga de esa tarea la encargada de la EDAR de Tauste. Los datos de conductividad, sólidos en suspensión, DQO y caudal son medidos diariamente, mientras que el resto (DBO5, fósforo, nitrógeno, nitratos y amonios) son medidos una o varias veces a la semana. Estos datos suponen únicamente una referencia ya que sólo se han empleado aquellos relativos al caudal tratado medio diario (utilizados en el apartado 4.1, “Cálculo de caudales disponibles y necesidades hídricas del parcelario”). Su importancia radica en que su presencia facilita la comparación de datos con aquellos obtenidos en laboratorio, y permiten ver una evolución histórica de todo el efluente a lo largo de un año. 4.2.2 Caracterización propia del efluente de la EDAR de Tauste en laboratorio En este apartado se detallan todos los resultados obtenidos tras realizar las caracterizaciones del efluente de salida de la EDAR de Tauste. Como se detalló en el capítulo 3, apartado 3.2.1 (Caracterización de las muestras), las muestras fueron cogidas en tres fechas distintas, con el objetivo de analizar aguas en distintas épocas del año y obtener datos medios de distintas situaciones en la EDAR. Por ello, las caracterizaciones se llevaron a cabo con aguas recogidas en octubre y diciembre de 2012, y febrero de 2013. La información de los valores de todos los parámetros en cada una de las caracterizaciones, aparecen en el Anexo I del presente proyecto con mayor detalle (ANEXO I: Caracterizaciones de los parámetros analizados en el efluente de salida de la EDAR de Tauste). La siguiente tabla se presenta a modo de resumen y engloba la información de las tres caracterizaciones completas realizadas. En ella aparece el valor medio de cada parámetro, obtenido mediante la media aritmética de las tres datos de cada parámetro conseguidos en las tres caracterizaciones. En esta tabla también se muestra la normativa que registra cada parámetro (en el caso de que esté legislado), y el límite recomendado más restrictivo para cada uno de ellos, acompañado de la bibliografía donde se encuentra esa recomendación. Los valores de los parámetros del efluente aparecen en dos colores. En rojo, aquellos cuyos límites sobrepasan los legislados o recomendados, y en verde los que se encuentran en un valor menor al límite. 64 Tabla 4.9: Tabla resumen sobre los valores de los parámetros tras la caracterización y la aplicación de tratamientos de regeneración. Fuente: elaboración propia. Parámetros Media Caracterizaciones Media tras Ozonizaciones Variación tras ozonización Media tras Cloraciones Variación tras cloración PARÁMETROS LEGISLADOS Huevos Nematodos 9,33 0 -100% 0 -100% E.coli 1510 23,50 -98,44% 5 -99,66% SS 20,73 7,50 -63,82% 6,50 -68,64% Turbidez 6,17 4,81 -22% 2,81 -54,45% Nt 10,49 2,27 -78,34% 1,15 -89% NO3- 1,34 0,75 -44% 0,405 -69,44% Pt 1,00 0,87 -13% 0,58 -42% DBO5 10,76 6,75 -37,3% 4,60 -57,25% DQO 24,30 11,55 -52,67% 7,45 -69,34% PARÁMETROS RECOMENDADOS Colif. total 644 57,50 -91% 0 -100% Mn 0,21 0,077 -63,5% 0,161 -31% Fe 0,53 0,183 -65,5% 0,29 -45,33% pH 7,00 7,56 + 8% 7,65 +9,3% CE 1,35 1,55 +15,2% 1,59 +18% Salinidad 0,86 0,99 +15,2% 1,02 +17,97% SAR 0,049 0,048 -3,11% 0,114 +130% Mg 33,35 31,89 -4,33% 32,72 -1,85% Ca 161,56 157,85 -2,3% 157,55 -2,48% Na 84,32 80,55 -4,46% 191,75 +127% A continuación se exponen unas gráficas representativas de las diferencias entre los valores de cada parámetro antes y después de cada tratamiento de regeneración (representación mediante columnas en cada gráfica). La primera columna representa la media de los tres valores obtenidos en los tres análisis completos del efluente (caracterizaciones); en la segunda se representa la media de los dos valores medidos tras las dos pruebas de ozonización realizadas; la tercera indica la media de los valores adquiridos tras la aplicación de cloro a las muestras. Cada uno de estos gráficos va acompañado de una explicación de la variación de cada parámetro tras la regeneración. En estos párrafos se indican también, como se ha expuesto en la tabla anterior (Tabla 4.9), los porcentajes de aumento o disminución de cada parámetro tras la aplicación de ozono y cloro. En los parámetros en los que hay un límite legislado, éste aparecerá en forma de línea roja en la gráfica, indicando el valor máximo permitido. Sucede lo mismo con los límites máximos recomendados, que aparecen designados en las gráficas con una línea de color amarillo. Por último, y sólo en algunas gráficas, aparece una línea verde que representa el límite mínimo recomendado que deben tener algunos parámetros según los autores consultados. 65 Huevos de nematodos Figura 4.10: Variación de la concentración de huevos de nemátodos. Fuente: elaboración propia. La concentración de huevos de nematodos es uno de los parámetros con más riesgo, ya que no sólo está legislado por el RD 1620/2007, sino que también es uno de los cuatro parámetros cuya disminución era obligatoria ya que su concentración inicial en el efluente superaba el límite permitido. Los resultados obtenidos tras la aplicación de las dos técnicas de regeneración han sido satisfactorios. El efecto desinfectante ha sido completo en la erradicación de estos microorganismos, y aunque el límite legislado establece un máximo de 1 huevo/10 L de muestra, con estos dos tratamientos se ha conseguido disminuir la concentración a cero. Estos resultados confieren al efluente una calidad apta para el riego de maíz y de cualquier cultivo, sin riesgos biológicos para los trabajadores. Escherichia coli Figura 4.11: Variación de la concentración de Escherichia coli. Fuente: elaboración propia. La concentración de Escherichia coli, que inicialmente suponía un riesgo en el efluente por superar el límite legislado, ha sido prácticamente erradicada por ambos procedimientos, obteniendo unos rendimientos de disminución del 98,44% tras la ozonización y un 99,66% tras la adición de cloro. 66 En gráficas como ésta se puede observar el alto poder desinfectante de los dos procesos de regeneración escogidos, y cómo ambos son una buena elección a la hora de reducir drásticamente o eliminar poblaciones de microorganismos del agua (bacterias, virus, algas…). Sólidos en Suspensión (SS) y Turbidez Figura 4.12: Variación del valor de Sólidos en Suspensión y Turbidez. Fuente: elaboración propia. Ambos parámetros están relacionados con la presencia de sólidos en el efluente, aunque los porcentajes de disminución no son equivalentes. Tanto en el valor de sólidos en suspensión como en la turbidez, se puede ver una evolución similar en la que se parte de una valor dentro del rango habitual para el efluente de la EDAR de Tauste. Los dos parámetros disminuyen en cierto grado tras la aplicación de ozono, aunque disminuyen más drásticamente tras la cloración. Gracias a la aplicación de ozono, los sólidos en suspensión se han reducido un 63,82%, y con el tratamiento de cloro ha bajado un 68,64%, quedando ambos datos muy por debajo del límite máximo recomendado y legislado (35 mg/L). El parámetro de turbidez no ha sufrido grandes variaciones con respecto a la aplicación de ozono, con la que ha disminuido un 22%, pero sí se ha modificado notablemente con el tratamiento de cloración, que ha conseguido una disminución del 54,45%. Aunque estaban inicialmente por debajo del límite de obligado cumplimiento, se han logrado reducir aún más consiguiendo una mayor calidad del efluente para riego. Con ello se evitan también posibles problemas derivados de altas concentraciones de SS y turbidez que se pueden dar en los cultivos, como por ejemplo la obturación en sistemas de riego localizado (este no es un problema que pueda afectar a las parcelas de estudio ya que el tipo de riego, como se ha nombrado en el punto 2.3.2, es riego a manta). Otro de los problemas que puede causar el exceso de sólidos en suspensión en los cultivos es que su acumulación puede dar lugar a 67 depósitos de lodos que generan condiciones anaeróbicas en el suelo, reduciendo la infiltración, respiración radicular, absorción de nutrientes, etc. (VISO RODRÍGUEZ, 2005). Nitrógeno total y Nitratos Figura 4.13: Variación de la concentración de Nitrógeno total y Nitratos. Fuente: elaboración propia. Tras el análisis de los diferentes tratamientos de regeneración de aguas en el capítulo 2.1.4, se pudo observar que tanto la cloración como la ozonización eran bastante eficaces en cuanto a la remoción de nitrógeno total. Gracias a su aplicación a escala de laboratorio, se ha podido corroborar esta información ya que se han conseguido reducciones de nitrógeno total del 78,34% en el caso de la ozonización, y 89% tras la cloración. Para el caso de los nitratos, se han logrado porcentajes de remoción bastante altos, aunque no tan elevados como los del nitrógeno. Los porcentajes de disminución de nitratos han sido del 44% tras la ozonización, y del 69,77% tras la cloración. Se debe otorgar especial importancia a estos dos parámetros, y aunque ambos partían de una concentración inicial dentro del rango permitido, constituyen un factor de alto riesgo en la zona de estudio por su catalogación como Zona Vulnerable a la contaminación por nitratos. Es por ello por lo que se tomó la decisión de buscar tratamientos de regeneración que tuviesen alto rendimiento en reducción de este tipo de componentes. La alta concentración en nitrógeno total y nitratos en el agua de riego puede dar lugar a problemas en el terreno y/o las aguas subterráneas de la zona. El problema ambiental más importante relativo al nitrógeno es la acumulación de nitratos en el subsuelo que, por lixiviación, pueden incorporarse a las aguas subterráneas o bien ser arrastrados hacia los cauces y reservorios superficiales. 68 Además, en el caso particular de la zona de estudio, las masas subterráneas se encuentran afectadas por la alta concentración de nitratos (Informe Medio Ambiente en Aragón, 2011), lo cual supone una razón extra para intentar reducir su concentración de partida. Los nitratos también actúan de fertilizantes de la vegetación acuática, de tal manera que, si se concentran, puede originar eutrofización en el medio. En un ambiente eutrofizado se produce la proliferación de especies como algas y otras plantas verdes que cubren la superficie, elevando el consumo de oxígeno y su reducción en el medio acuático, y dificultando la incidencia de la radiación solar por debajo de la superficie. Estos dos fenómenos producen una disminución de la capacidad autodepuradora del medio y una merma en la acción fotosintética de los organismos acuáticos (Gonzalez, 2011). Para mejorar todavía más la calidad del sistema, se podría descontar la cantidad de nitrógeno aportado mediante el agua de riego del aplicado en fertilizantes minerales y abonado. Para ello se debería obtener el dato medio de concentración de nitrógeno total del efluente tras el tratamiento que se seleccione, y realizar un cambio de unidades para conocer cuánto nitrógeno se aplica por metro cúbico a cada parcela. Así se hallaría la cantidad total de nitrógeno aportada al cultivo mediante agua de riego, la cual simplemente se debería descontar del aporte de fertilizantes total durante el periodo de crecimiento. Fósforo Figura 4.14: Variación de la concentración de Fósforo. Fuente: elaboración propia. El fósforo no ha tenido una reducción significativa con el tratamiento de ozonización, pero sí tras la aplicación de cloro, con la cual se ha disminuído un 42%, frente al 13% logrado tras la dosificación de ozono. En este caso ocurre lo mismo que en el apartado anterior (nitrógeno total y nitratos). La catalogación de la zona de la EDAR como Zona Sensible, obliga a esta instalación a verter un efluente con una concentración máxima de fósforo de 2 mg/L. La concentración inicial estaba dentro del rango de obligado cumplimiento, pero en cuestión de concentración de nutrientes, una reducción de éstos siempre será bien recibida debido al peligro de la zona por la posible contaminación y eutrofización. Según datos del Informe de Medio Ambiente en Aragón de 2011 (Informe Medio Ambiente en Aragón, 2011), las masas de agua fluviales de la zona están clasificadas con un estado ecológico “deficiente” debido a la elevada concentración de nutrientes, y por tanto tienen un riesgo alto de incumplimiento de los objetivos medioambientales establecidos para esa área en cuanto a la disminución de la presencia de dichos nutrientes. 69 Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5) y Demanda Química de Oxígeno (DQO) Figura 4.15: Variación de la concentración de Demanda Biológica e Oxígeno y Demanda Química de Oxígeno. Fuente: elaboración propia. La DBO5 disminuye tras la aplicación de las dos técnicas de regeneración. El porcentaje de disminución de este parámetro es de 37,3% y de 57,25% tras ozonización y la cloración respectivamente. Por su parte, la DQO también varía significativamente tras la aplicación de ambos tratamientos, siendo la cloración el más eficaz disminuyendo un 69,34% la media de la concentración inicial del parámetro, frente al 52,67% de reducción que consigue la ozonización. Estos dos parámetros están muy relacionados ya que la disminución de ambos depende de la oxidación de la materia orgánica presente en la muestra, y por tanto siguen un mismo patrón de reducción. La aplicación de ozono y cloro tiene el mismo resultado para el efluente porque ambos son oxidantes, y realizan una oxidación de la materia orgánica transformándola en CO2 y H2O. Ante la disminución de estos parámetros se debe tener en cuenta que la presencia de ambos, aunque sea en pequeña concentración, puede desencadenar la reacción de la materia orgánica con el cloro, lo que da lugar a la formación de trihalometanos. Como se ha comentado anteriormente (en el punto 4.3.1 de este mismo capítulo), no existe actualmente un límite de concentración máxima de THMs en aguas regeneradas, sólo en aguas potables. Aunque no exista un valor límite para THMs, la disminución al máximo posible de los valores de DQO y DBO5 reducen la posibilidad de reacción entre la materia orgánica y el cloro aplicado, y por tanto reduce la posibilidad de aparición de estos compuestos. 70 Coliformes totales Figura 4.16: Variación de la concentración de Coliformes totales. Fuente: elaboración propia. En este caso, la concentración de coliformes totales ha sido reducida en su totalidad por uno de las dos técnicas de regeneración. Es el caso de la cloración, la cual ha conseguido reducir el número de colonias de 640 a 0, logrando el 100% de reducción del parámetro. En el caso del ozono también se ha logrado un alto porcentaje de disminución del 91%. Si bien la concentración inicial no rebasaba el límite recomendado, es igualmente un beneficio el hecho de disminuir todavía más el valor de concentración de estas colonias de coliformes, reduciendo así también el riesgo para los cultivos y la salud humana de los trabajadores. Manganeso Figura 4.17: Variación de la concentración de Manganeso. Fuente: elaboración propia. El manganeso ha sufrido una variación mayor tras la aplicación de ozono que tras la de cloro, y su disminución es fruto del poder oxidante que poseen ambos desinfectantes. En este parámetro, cuya concentración inicial superaba el máximo recomendado, el ozono ha logrado una reducción del 63,5%, frente al 31% alcanzado por la cloración, el cual no es suficiente para lograr que la concentración de manganeso quede por debajo del máximo recomendado. De todas formas, este dato no supone un problema para la reutilización porque actualmente no existe un límite máximo legislado en cuanto a concentración de manganeso en aguas de riego. En este caso, habría que diseñar algún tratamiento alternativo para la remoción del manganeso hasta una concentración que no suponga un riesgo para los cultivos, es decir, menos de 0,1 mg/L. Una posible solución, sería la implantación de un Filtro Intermitente de Arena (FIA), el cual, según la bibliografía, es capaz de eliminar un alto porcentaje de manganeso. 71 Este FIA podría actuar como complemento del proceso de cloración, acoplando un dispositivo de este tipo al final de la etapa de dosificación de cloro. Hierro Figura 4.18: Variación de la concentración de Hierro. Fuente: elaboración propia. Al igual que el manganeso, el hierro es uno de los únicos parámetros en los que el ozono ha obtenido mayor porcentaje de remoción que el cloro. La aplicación de ozono ha logrado una disminución del 65,5% frente al 45,38% obtenido por la cloración. Esta disminución ha sido posible gracias a la acción oxidante de los dos tratamientos aplicados. pH Figura 4.19: Variación del pH. Fuente: elaboración propia. El pH medio de las caracterizaciones se sitúa en 7, y tras las ozonizaciones y cloraciones apenas aumenta (entre 7,5 y 7,7). Realizando los cálculos de porcentaje, se obtiene que el pH ha aumentado un 8% tras la ozonización, y un 9,3% tras la cloración. Ambas cifras se consideran insignificantes, y en ningún caso limitan el uso del agua para riego ya que se encuentran dentro del rango recomendado. Este aumento tras la aplicación de la cloración tiene su explicación química: la desinfección con cloro mediante la adición de una disolución básica de hipoclorito sódico provoca inevitablemente un aumento del pH (Gomez López, 2008). Esta ligera subida de pH ha sido desencadenada por la oxidación de las sustancias presentes en el agua, ya que ambos desinfectantes actúan de la misma forma. Todo depende de las partículas presentes en la muestra antes de la regeneración, las cuales, al oxidarse por la acción de estos desinfectantes, 72 pueden dar lugar a una variación del pH desencadenada por las sustancias formadas tras la oxidación. Como inciso, se comenta que en este caso en particular, y como se ha nombrado en el punto 2.1.4 (apartado de ozonización), el ozono actúa mediante dos vías de oxidación. Para este pH entorno a 7, la acción del ozono se lleva a cabo mediante las dos vías a la vez (vía directa y radicalaria), por no ser un pH tan ácido como para oxidar directamente los compuestos vía directa, ni tan básico como para que reaccionen todos los radicales. Conductividad Eléctrica (CE) y Salinidad Figura 4.20: Variación de la concentración de la Conductividad Eléctrica y de la Salinidad. Fuente: elaboración propia. En la CE se puede observar que tanto la ozonización como la cloración aumentan su concentración. Este aumento puede ser debido a que las partículas que había inicialmente en la muestra, se degradan en otras partículas más simples gracias a la oxidación por la aplicación de los tratamientos de regeneración, las cuáles pueden ser contabilizadas como nuevas sales aumentando la concentración inicial. El porcentaje de aumento de la CE con respecto al valor medio de las caracterizaciones, es de un 15,2% con la ozonización y un 18% con la cloración. La salinidad, junto a la CE, es uno de los pocos parámetros que aumenta respecto al valor inicial tras la aplicación de las técnicas de regeneración. En este caso, el aumento ha sido del 15,2% tras la ozonización y del 17,97% tras la cloración. Se considera que el aumento de salinidad puede haberse desencadenado por la misma razón considerada para la conductividad eléctrica, ya que ambos parámetros están relacionados con la cantidad de sales presentes en el agua. Aunque la concentración de estas sales haya aumentado tras los tratamientos, hay que tener en cuenta que siguen estando dentro del rango recomendado, siempre que no lleguen a 2 g/L, valor que simboliza un daño severo a los cultivos. 73 SAR (Relación de Absorción de Sodio) Figura 4.21: Variación del índice SAR. Fuente: elaboración propia. La concentración inicial de SAR es extremadamente baja, y se encuentra muy lejos del límite máximo recomendado. Esta situación no ha variado tras la aplicación de ozono y cloro, ya que los valores siguen estando muy por debajo del rango de peligro para el cultivo. El valor de SAR no ha sufrido apenas disminución tras la ozonización, concretamente se ha reducido un 3,11%, mientras que ha aumentado un 130% con la cloración. Puesto que el SAR se basa en la concentración de iones Magnesio, Calcio y Sodio, se presentan a continuación tres gráficas ilustrativas de la variación de estos parámetros. Figura 4.22: Variación de la concentración de los iones Magnesio, Calcio y Sodio. Fuente: elaboración propia. 80 pharmaceuticals, estrogens, progestogens, and polar pesticides in sewage treatment plant effluents, river wáter and drinking wáter in the Llobregat river basin (Barcelona, Spain)”. J. Hidrology. Volume 358. - LAZAROVA, V., AKIÇCA, B. (2004): “Water reuse for irrigarion: agriculture, landscapes, and turf grass”. CRC Press. United States. - LLORENTE, C.; LEYDA, L.; COSTA, S.; SALA, L. (2005): “Tratamiento avanzado con membranas del efluente secundario de la EDAR de Castell-Platja d’Aro (Costa brava, Girona)”. Jornadas Técnicas de Gestión de Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales. - MELGAREJO, J. “Efectos ambientales y económicos de la reutilización de aguas en España”. 2009. Clm Economía. 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I.1 Primera Caracterización 1ª Caracterización Huevos Nematodos 10 huevos/10L Escherichia coli 3300 UFC/100ml SS 19,71 mg/L Turbidez 10,20 NTU Nitrógeno total 11,90 mg/L NO3- 0,58 mg/L Fósforo total 0,80 mg/L DBO5 12,60 mgO2/L DQO 20,00 mgO2/L Coliformes totales 450 UFC/100ml Mn 0,23 mg/L Fe 0,14 mg/L pH 7,1 CE 1,317 dS/cm Salinidad 0,84 g/L SAR 0,051 meq/L Mg 34,52 mg/L Na 86,85 mg/L Ca 163,10 mg/L Boro 0,13 mg/L Cd 0,004 mg/L Pb 0,076 mg/L Al 0 mg/L Zn 0,027 mg/L Ni 0 mg/L Cr+6 0 mg/L Hg 0 mg/L Cu 0,033 mg/L Clresidual 0 mg/L I.2 Segunda Caracterización 2ª Caracterización Huevos Nematodos 3 huevos/10L Escherichia coli 1000 UFC/100ml SS 23,50 mg/L Turbidez 3,13 NTU Nitrógeno total 6,70 mg/L NO3- 0,95 mg/L Fósforo total 1,01 mg/L DBO5 9,60 mg O2/L DQO 29,90 mgO2/L Coliformes totales 142 UFC/100ml Mn 0,19 mg/L Fe 1,24 mg/L pH 6,88 CE 1,334 dS/cm Salinidad 0,85 g/L SAR 0,050 meq/L Mg 34,02 mg/L Na 85,12 mg/L Ca 162,70 mg/L Clresidual 0 mg/L I.3 Tercera Caracterización 3ª Caracterización Huevos Nematodos 15 huevos/10L Escherichia coli 230 UFC/100ml SS 19,00 mg/L Turbidez 5,19 NTU Nitrógeno total 12,88 mg/L NO3- 2,50 mg/L Fósforo total 1,20 mg/L DBO5 10,10 mg O2/L DQO 23,00 mg O2/L Coliformes totales 1340 UFC/100ml Mn 0,21 mg/L Fe 0,21 mg/L pH 7,02 CE 1,405 dS/cm Salinidad 0,89 g/L SAR 0,048 meq/L Mg 31,50 mg/L Na 80,99 mg/L Ca 158,90 mg/L Clresidual 0 mg/L 83 ANEXO II: DATOS DE LOS PARÁMETROS ANALIZADOS TRAS LA APLICACIÓN DE LOS PROCESOS DE REGENERACIÓN II.1 Concentraciones analizadas de cada parámetro en el efluente tras la aplicación de ozono. Parámetro Límite normativa Recomendación Dato obtenido 1ª ozonización Dato obtenido 2ª ozonización PARÁMETROS LEGISLADOS Huevos de nematodos intestinales 1 huevo/10L 0 huevos/10L 0 huevos/ 10L Escherichia coli 1000 UFC/100m L 15 UFC/100ml 32 UFC/100ml Sólidos en Suspensión 35 mg/L 8 mg/L 7 mg/L Turbidez No se fija limite 5,70 NTU 3,92 NTU Nitrógeno Total 15 mg/L 3,64 mg/L 0,896 mg/L Nitratos <5 mg/L 0,5 mg/L 1 mg/L Fósforo 2 mg/L 1,04 mg/L 0,7 mg/L DBO5 25 mg/ O2L 7,4 mgO2/L 6,1 mgO2/L DQO 125 mgO2/L 10,1 mgO2/L 13 mgO2/L PARÁMETROS RECOMENDADOS Coliformes totales 1- 200UFC/100mL 35 UFC/100 ml 80 UFC/100ml Manganeso 0,1 mg/L 0,078 mg/L 0,076 mg/L Hierro 5 mg/L 2,06 mg/L 0,16 mg/L pH 6-9 7,71 7,42 Conductividad 0,7-3 dS/m 1,46 dS/cm 1,65 dS/cm Salinidad 0,45-2 g/L 0,93632 g/L 1,185 g/L SAR <3,0 meq/L 0,0486 0,0478 Magnesio 60mg/L 31,40 mg/L 32,39 mg/L Sodio 900mg/L 80,98 mg/L 80,13 mg/L Calcio 400 mg/L 157,1 mg/L 158,6 mg/L Ozono residual <0,01 mg/L <0,01 mg/L 84 II.2 Concentraciones analizadas de cada parámetro en el efluente tras la aplicación de cloro. Parámetro Límite normativa Recomendación Dato obtenido 1ª Cloración Dato obtenido 2ª Cloración PARÁMETROS LEGISLADOS Huevos de nematodos intestinales 1 huevo/10L 0 huevos /10 L 0 huevos/ 10L Escherichia coli 1000 UFC/100m L 8 UFC/100 ml 2 UFC/100 ml Sólidos en Suspensión 35 mg/L 9 mg/L 4 mg/L Turbidez No se fija No se fija limite 2,88 2,74 Nitrógeno Total 15 mg/L 1,4 mg/L 0,896 mg/L Nitratos <5 mg/L 0,38 mg/L 0,43 mg/L Fósforo 2 mg/L 0,96 mg/L 0,2 mg/L DBO5 25 mgO2/L 4,8 mg O2/L 4,4 mg O2/L DQO 125 mgO2/L 7,9 mg O2/L 7 mg O2/L PARÁMETROS RECOMENDADOS Coliformes totales 1- 200UFC/100mL 0 UFC/100ml 0 UFC/100ml Manganeso 0,1 mg/L 0,173 mg/L 0,149 mg/L Hierro 5 mg/L 0,43 mg/L 0,15 mg/L pH 6-9 7,82 7,48 Conductividad Eléctrica 0,7-3 dS/m 1,65 dS/cm 1,54 dS/cm Salinidad 0,45-2 g/L 1,06 g/L 0,98 g/L SAR <3,0 meq/L 0,1125 0,1164 Magnesio 60mg/L 32,91 mg/L 32,53 mg/L Sodio 900mg/L 188,9 mg/L 194,6 mg/L Calcio 400 mg/L 158,2 mg/L 156,9 mg/L Cloro residual <1 mg/L 0,3 mg/L 0,4 mg/L 85 ANEXO III: CÁLCULOS DETALLADOS DE LAS DEMANDAS DE REACTIVOS PARA LA APLICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS DE REGENERACIÓN III.1 Cálculo de la demanda de ozono Seguidamente se detalla el proceso de cálculo de la demanda de ozono. Este procedimiento se explica teóricamente en el apartado 3.3 (Procedimiento experimental). O3 consumido= O3 introducido – (O3 no consumido + O3 residual disuelto) El O3 introducido se mediante la recta de calibrado proporcionada por el laboratorio. Mediante la ecuación de dicha recta de calibrado se obtiene este valor: Y=15,087x-1,6444 R² = 0,9997 Y = (15,087*2,17min) – 1,6444 Y = 31,09 mg O3 Donde: 2,17 = minutos de ozonización necesarios para el volumen de muestra, calculados mediante la recta de calibrado. El O3 no consumido, en mg/h, se calcula en la siguiente expresión (donde 24 es el peso equivalente del ozono): 24 100mL 250 0.025N5.5Omg 3        mL O3 no consumido= 8,25 3 Omg El O3 se considera despreciable, pues el ozono que no reacciona tiene la propiedad de degradarse rápidamente tras su aplicación. Por último, solo queda completar la ecuación inicial para obtener la cantidad de O3 consumido: O3 consumido = 31,09 – (8,25 + 0) O3 consumido = 22,84 mg O3/2 litros de muestra Si se utilizan 22,84 mgO3 por cada 2 litros de muestra, se divide este valor por dos para obtener el dato de O3 necesario para ozonizar un litro de muestra de efluente: 10,42 mgO3 /L Este resultado se repite de igual forma para el cálculo de la demanda de ozono en la segunda réplica de ozonización. Para este segundo caso se ha obtenido un valor de 11,56 mg O3 /L de muestra. El valor medio de la demanda de ozono en las dos pruebas es de 10,99 mgO3 /L de muestra. III.2 Cálculo de la demanda de cloro Seguidamente se detalla el proceso de cálculo de la demanda de cloro (DC). Este procedimiento se explica teóricamente en el apartado 3.3 (Procedimiento experimental). La dosis de cloro suministrada a la muestra en mg de Cl2/L (Do) se calcula con la expresión: Do=8,3mL*0,025N*35,5*(1000/100mL) DO = 73,6625 mg Cl2/L 86 Gracias a este resultado se conoce también la concentración exacta del reactivo de cloración (Rc) que vendrá dada por la expresión: Rc = 73,6625*350/5 Rc = 5156,375 mg Cl2/L El cloro residual en la muestra en mg de Cl2/L (R) vendrá dado por la expresión: R=1,7mL*0,025N*35,5*(1000/100mL) R = 15,0875 mg de Cl2/L Por último, para calcular la demanda de cloro de la muestra, se realiza la siguiente ecuación: CD = 73,6625-15,0875 (mg Cl2/L) CD = 58,575 mg Cl2/L Una vez calculada la demanda de cloro, se realiza el siguiente cálculo: 58,575 (mg Cl2/L muestra)*2,5L muestra = 5156,375 (mg Cl2/L reactivo) * V V = 0,02839 L de reactivo = 28,39 mL de reactivo de cloración Si por cada 2,5 L de muestra, se deben añadir 28,39 mL de reactivo de cloración, por cada litro de muestra se usarán 11,356 mg Cl2/L. Este proceso se repite para el cálculo de la demanda de cloro de la segunda réplica de cloración, en la cual se obtiene un valor de 10,389 mL de reactivo por litro de muestra. El valor medio de la demanda de cloro de las dos pruebas es de 10,872 mL de reactivo. 87 ANEXO IV: IMAGEN 2.22 CON MAYOR DETALLE