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

En el marc actual, l'agricultura continua requerint importants volums d'aigua per tal desatisfer les seves necessitats i assolir els nivells de productivitat exigibles per a la pervivènciaeconòmica del sector. Però la competència exercida pel sector industrial i les zones urbanes,pel recurs escàs i limitat que és l'aigua, implica que cada dia sigui més difícil disposar d'unsubministrament amb garanties. La utilització d'aigües regenerades per a ús agrícola ajuda adisposar de l'aigua necessària i permet, també, alliberar un important volum d'aigua de majorqualitat per a altres usos. No obstant això, l'ús d'aigües regenerades presenta el greuinconvenient de les obturacions als diferents elements dels sistemes de reg localitzat. És peraquest motiu que en la present tesi doctoral s'estudia el comportament d'un sistema de reglocalitzat utilitzant aigües residuals tractades.Es varen realitzar dos assajos de reg amb aigües regenerades procedents de l'EDAR de Celrà(Girona). En el primer assaig, es va utilitzar efluent procedent del tractament secundari i en elsegon assaig, es va utilitzar efluent procedent del tractament terciari. Ambdós assajos vandurar 1000 hores i van emprar quatre sistemes de filtració i sis tipus d'emissors. El primersistema de filtració estava format per dos filtres de sorra de vint polzades, col·locats enparal·lel i omplerts amb 175 kg de sorra silícica disposada en una sola capa i, amb undiàmetre efectiu de 0.47 i 0.27 mm i un coeficient d'uniformitat de 2.41 i 2.89 per a l'assaigamb efluent secundari i terciari, respectivament. El segon sistema de filtració fou un filtre demalla de dues polzades i un nivell de filtració de 120 μm. El tercer sistema de filtració va seruna bateria de filtració consistent en dos filtres d'anelles de dues polzades col·locats enparal·lel i un nivell de filtració de 130 μm i, finalment, el quart sistema de filtració fou formatper la combinació en sèrie d'un filtre de malla i una bateria de filtres d'anelles com elsanteriorment descrits. Els emissors utilitzats foren sis de diferents característiques de disseny id'operació i tots ells disponibles comercialment.Es va observar que el filtre de sorra va ser l'únic que va reduir els sòlids en suspensió i laterbolesa dels dos efluents utilitzats. Amb el sistema de filtració combinat i en l'assaig ambefluent terciari, es va reduir sensiblement l'oxigen dissolt d'abans de filtrar. Pel que fa a laresta de paràmetres analitzats (conductivitat elèctrica, oxigen dissolt, pH, temperatura inombre de partícules) no es van veure afectats significativament al passar pels diferentssistemes de filtració.Els filtres que van presentar uns majors consums d'aigua durant els rentats van ser els desorra, seguit dels d'anelles i malla en ambdós efluents assajats. Tant els filtres de malla comels d'anelles van ser els que van presentar més requeriments de pressió durant els rentats pertal d'assolir rentats eficients. També es va observar que l'obturació dels filtres, mesurada coma l'índex de filtrabilitat de la relació de Boucher, va dependre del tipus de filtre i l'efluentutilitzat.Es va utilitzar l'anàlisi dimensional per tal de relacionar mitjançant expressions matemàtiquesl'obturació dels diferents sistemes de filtració amb les variables mesurades al llarg de l'assaig.Tot i que els ajustos amb una de les expressions desenvolupades en aquesta tesi i lesdesenvolupades en treballs precedents van ser bons, va quedar variabilitat per a explicar,degut potser, a la manca d'intensitat de mostreig en alguna variable o a la no mesura d'algunaaltra variable que hauria estat d'interès.Pel que fa a l'obturació dels laterals de reg, es va observar que el percentatge de cabal emèspels emissors era un bon indicador de l'obturació. No es van observar en cap dels assajosobstruccions físiques als laterals o als emissors, fet que queda avalat per les elevadesuniformitats de pressió aconseguides fins a l'últim moment de l'assaig. La posició al llarg dellateral i el tipus d'emissor utilitzat van ser factors determinants a l'hora de presentar obturacióparcial o complerta. Al final dels laterals, i sobretot amb els emissors UN i TO, va ser on esvan presentar la major part dels emissors completament obturats.Finalment, es va observar que la utilització d'un sistema SCADA va ser de gran ajuda per almonitoratge i control de l'estació de reg, permetent interactuar amb el sistema en continu idetectar fàcilment anomalies en l'operació que, sense aquest sistema, hagués estat molt mésdifícil d'observar.En la situación actual, la agricultura continúa requiriendo importantes volúmenes de agua parasatisfacer las necesidades y llegar a los niveles de productividad exigibles para la pervivenciaeconómica del sector. Pero la competencia ejercida por el sector industrial y las zonasurbanas, por el recurso escaso y limitado que es el agua, implica que cada día sea más difícildisponer del suministro con garantías. La utilización de aguas regeneradas para uso agrícolaayuda a disponer del agua necesaria y permite también, liberar un importante volumen deagua de mayor calidad para otros usos. No obstante, el uso de aguas regeneradas presenta elgrave inconveniente de las obturaciones en los distintos elementos de los sistemas de riegolocalizado. Es por este motivo que en la presente tesis doctoral se estudia el comportamientode un sistema de riego localizado utilizando aguas residuales tratadas.Se realizaron dos ensayos de riego con aguas regeneradas procedentes de la EDAR de Celrà(Girona). En el primer ensayo se utilizó efluente procedente del tratamiento secundario,mientras que en el segundo ensayo se utilizó efluente procedente del tratamiento terciario. Losdos ensayos duraron 1000 horas y utilizaron cuatro sistemas de filtración y seis tipos deemisores. El primer sistema de filtración estaba formado por dos filtros de arena de veintepulgadas, colocados en paralelo y rellenados con 175 kg de arena silícica dispuesta en unasola capa y, con un diámetro efectivo de 0.47 y 0.27 mm y un coeficiente de uniformidad de2.41 y 2.89 para el ensayo con efluente secundario y terciario, respectivamente. El segundosistema de filtración fue un filtro de malla de dos pulgadas y un nivel de filtración de 120 μm.El tercer sistema de filtración fue una batería de filtración consistente en dos filtros de anillasde dos pulgadas colocados en paralelo y un nivel de filtración de 130 μm y, finalmente, elcuarto sistema de filtración estuvo formado por la combinación en serie de un filtro de malla yuna batería de filtros de anillas como los anteriormente descritos. Los emisores utilizadosfueron seis de distintas características de diseño y de operación y todos ellos disponiblescomercialmente.Se observó que el filtro de arena fue el único que redujo los sólidos en suspensión y laturbidez de los dos efluentes utilizados. Por lo que se refiere a los demás parámetrosanalizados (conductividad eléctrica, oxígeno disuelto, pH, temperatura y número departículas) no se vieron afectados significativamente al pasar por los distintos sistemas defiltración.Los filtros que presentaron unos mayores consumos de agua durante los lavados fueron los dearena, seguido de los de anillas y malla, con los dos efluentes ensayados. Tanto los filtros demalla como los de anillas fueron los que presentaron más requerimientos de presión durantelos lavados para conseguir lavados eficientes. También se observó que la obturación de losfiltros, medida como el índice de filtrabilidad de la relación de Boucher, dependió del tipo defiltro y el efluente utilizado.Se utilizó el análisis dimensional para relacionar mediante expresiones matemáticas laobturación de los diferentes sistemas de filtración con las variables medidas a lo largo delensayo. Aunque los ajustes con una de las expresiones desarrolladas en esta tesis y lasdesarrolladas en trabajos precedentes fueron buenos, quedó variabilidad por explicar, debidoquizás, a la baja intensidad de muestreo en alguna de las variables o a la falta de medición dealguna otra variable que habría sido de interés.Por lo que se refiere a la obturación de los laterales de riego, se observó que el porcentaje decaudal emitido por los emisores era un buen indicador de la obturación. No se observó enninguno de los ensayos obstrucciones físicas a los laterales o en los emisores, hecho quequeda avalado por las elevadas uniformidades de presión conseguidas hasta el últimomomento del ensayo. La posición a lo largo del lateral y el tipo de emisor utilizado fueronfactores determinantes a la hora de presentar obturación parcial o completa. Al final de loslaterales, y sobretodo con los emisores UN y TO, fue donde se presentó la mayor parte de losemisores completamente obturados.Finalmente, se observó que la utilización de un sistema SCADA fue de gran ayuda para lamonitorización y control de la estación de riego, permitiendo interactuar con el sistema encontinuo y detectar fácilmente anomalías en la operación que, sin este sistema, hubiera sidomucho más difícil de observar.Agriculture currently requires a large volume of water to satisfy its needs and reach theproductivity levels necessary for the sector to survive economically. Water is a scarce andlimited resource and competition for it from the industrial sector and urban zones makes itmore and more difficult to guarantee the supply. Using regenerated water for agriculturemakes more water available so that high quality water can be used in other areas. However,using regenerated water has the serious disadvantage of clogging different components of themicroirrigation system. For this reason the present doctoral thesis analyses the behaviour of amicroirrigation system that uses treated wastewaters.Two irrigation trials with regenerated waters from the Celrà Wastewater Treatment Plant(Girona) were carried out. The first trial was conducted with secondary treatment effluent andthe second trial with tertiary treatment effluent. Both experiments lasted 1000 hours and usedfour filtration systems and six emitter typesThe first filtration system was formed by two sand filters of twenty inches, placed in paralleland filled with 175 kg of silicic sand in a single layer with an effective diameter of 0.47 and0.27 mm and uniformity coefficients of 2.41 and 2.89 for the trial with the secondary effluentand for the trial with tertiary effluent, respectively. The second filtration system was a screenfilter with a 120 μm filtration level. The third filtration system was a filtration batteryconsisting of two disc filters placed in parallel with a 130 μm filtration level. Finally, thefourth filtration system combined a screen filter and a battery of disc filters as previouslydescribed. Six emitters with different design and operation characteristics were used, all ofwhich are commercially availableThe sand filter was the only one that reduced the suspended solids and turbidity of the twoeffluents used. Using the combined filtration system with the tertiary effluent, the oxygendissolved before filtration was significantly reduced. The other analysed parameters (electricalconductivity, dissolved oxygen, pH, temperature and particle number) were not affectedsignificantly by the different filtration systems.During backwashing, and with the two effluents tested, sand filters consumed the most waterfollowed by disc and screen filters, which had the highest pressure requirements during thebackwashing for efficient filter washing. It was also observed that filter clogging, measured asthe filterability index of the Boucher relation, depended on the type of filter and effluent used.Dimensional analysis was used to relate the clogging of different filtration systems to thevariables measured during the trials by means of mathematical expressions. Although theadjustments with one of the expressions developed in this thesis as well as those developed inpreceding works were good, there was still variability to explain. This could be due to the lackof sampling intensity for some variables. It is also possible that some variables that may havebeen of interest were not measured.The percentage of the water volume emitted by drip emitters was a good indicator of cloggingof the irrigation laterals. Physical obstructions were not observed in any of the trials of theirrigation laterals or in the emitters, which was evidenced by the highly uniform pressurethroughout the trails. The position in the irrigation lateral and the type of emitter used weredetermining factors for partial or complete clogging. Most of the completely clogged emittersappeared at the end of the irrigation lateral, especially with UN and TO drip emitters.Finally, the SCADA system was a helpful tool for monitoring and controlling the irrigationstation. Continuous interaction was possible and operation malfunctions could be detectedmore easily