ACCIÓN 00. CONSULTORÍA PARA LA REDACCIÓN Y SEGUIMIENTO DEL PROYECTO
La empresa Ingeniería del Entorno Natural, como Agente de innovación, será contratada para ofrecer los servicios de consultoría para la redacción del proyecto de innovación en calidad del agua de riego y la sostenibilidad ambiental. Además, esta empresa también desarrollará el seguimiento del proyecto de forma que se verifique que las actuaciones contempladas están siendo realizadas de forma correcta y se están consiguiendo los objetivos planteados.
Se realizará la redacción de dos tipos de informe que reflejen la evolución del proyecto:
‐ Informe Anual de Seguimiento. Este informe anual será de aspecto técnico y financiero y en él se describirá la evolución de los indicadores de progreso de los resultados esperados. Puesto que la duración del proyecto es de 2 años, se realizará un informe anual al finalizar cada anualidad del proyecto, coincidiendo en ambos casos con los meses de abril de 2019 y 2020.
‐ Informe Final. Al final del proyecto, en abril de 2020, se realizará un informe final, de aspecto técnico financiero en el que se evalúen los resultados obtenidos, en base a los indicadores de progreso establecidos en el proyecto.
ACCIÓN 01: DESARROLLO DE PROTOTIPO PARA AUMENTAR LA PRODUCCCION DE AGUA DE RIEGO, REDUCCIÓN DEL RECHAZO Y SU POSTERIOR CONCENTRACIÓN Y REDUCCIÓN DE LA CARGA DE NITRATOS CONTENIDA EN EL MISMO
El agua de pozo es enviada a un sistema de filtración formado por filtros de sílex y microfiltración, como sistema de acondicionamiento antes de la entrada al sistema de Ósmosis Inversa (O.I.) 1 se añade antincrustante para prevenir incrustaciones en las membranas. El agua entra en el sistema de O.I. dónde se generan dos corrientes, una de permeado que es conducida directamente a balsa de riego y una segunda corriente, la de rechazo (o salmuera), dónde tenemos las sales concentradas.
El agua de rechazo de la planta de O.I.1, pasa al sistema de recuperación. El primer paso consiste en separar las sales incrustantes del rechazo, mediante la adición de un coagulante específico para la precipitación de sales de Ca+2 y M+, así como de SiO2 y se separaran mediante la fase de ultrafiltración.
De la ultrafiltración se generan de 2 corrientes. Una libre de las sales coaguladas (permeado UF) y otra con el concentrado de sales que se envía a un decantador dónde se produce una separación física de los coágulos formados. El decantador estático genera dos corrientes, una de agua decantada que alimentará a la UF de nuevo, y otra de lodos que pasará a formar como subproducto.
El permeado de la UF, mediante un sistema de membranas de O.I.2 producirá un agua de baja conductividad, totalmente apta para su uso en riego La segunda corriente de la planta de O.I. de alta presión (AP), el Rechazo 2, será conducido a un sistema de evaporación.
ACCIÓN 02: TÉCNICAS INNOVADORAS PARA LA DESNITRIFICACIÓN DEL AGUA DE RIEGO DE LA ACTIVIDAD AGRÍCOLA
La problemática relativa a la contaminación de ecosistemas acuáticos por nitratos disueltos en aguas procedentes de la agricultura- es prácticamente universal. Por ejemplo, en aguas del Golfo de México existen gravísimos problemas de anoxia generados por la eutrofización que causan la elevada concentración de nitratos de origen agrícola que arrastra el río Mississippi (United States Environmental Protection Agency, 2011). Esta situación ha despertado el interés de agencias americanas por implementar medidas apropiadas para la desnitrificación de las aguas en los últimos años, apostando por sistemas como los biorreactores de madera, debido a su buena relación coste-beneficio. Schipper et al. (2010) realizaron una revisión sobre el uso de estos sistemas en la que se incluyeron los resultados de diferentes diseños y del uso de distintos sustratos y variables que intervienen en su funcionamiento.
Los biorreactores de madera se basan en utilizar astillas de madera u otros materiales ligno-celulósicos de escaso coste y procedentes de rechazo de otras actividades (paja, mazorcas, residuos de oliva, etc.), como fuente de carbono, base para para que los microorganismos puedan realizar la desnitrificación. Ésta tiene lugar en un contenedor, recipiente o depósito en el que se mantiene el agua estancada durante cierto tiempo. La desnitrificación tiene lugar porque el aporte de carbono en ciertas cantidades estimula la respiración microbiana aerobia, lo que causa un descenso del nivel de oxígeno disuelto que activa a los microorganismos anaerobios facultativos. Éstos, al no disponer de oxígeno suficiente utilizan el nitrato como fuente aceptora de electrones dando lugar a formas de nitrógeno gaseosas (NxO y N2), como resultado final el nitrato es transformado a nitrógeno gas que es liberado a la atmósfera. La tasa de reducción de nitratos obtenida con estos sistemas depende de muchos factores, pero puede llegar a ser muy elevada (90%).
Junto a las bondades del sistema también se han descrito problemas y limitaciones. En este sentido es muy importante el control de los parámetros de operación, fundamentalmente, cantidad y calidad del carbono, pH y condiciones de óxido-reducción. Lo que destaca aún más el interés de la experimentación piloto.
Los sistemas de humedales construidos también han sido ampliamente utilizados y exitosos para la depuración de aguas eutrofizadas, pero el coste inicial de su construcción es mucho más elevado que el de los bioreactores y la tasa de desnitrificación en biorreactores con madera puede ser similar o superior a la de los humedales (Robertson and Merkley; 2009). Obviamente los humedales tienen ventajas que con las que no cuentan los biorreactores, ya que además de desnitrificar pueden regular los ciclos hídricos al retener aguas de escorrentía, eliminar, además, otros compuestos disueltos y/o en suspensión en las aguas, proporcionar enclaves para la fauna acuática, etc.
Sobre esta base, y teniendo en cuenta los modelos de Cristianson (2011) en los Estados Unidos, se investigará sobre los 12 biorreactores instalados en la acción 1, dentro del prototipo innovador, la eliminación de la carga de nitratos del rechazo de las aguas desalobradas. La componente de investigación e innovación no se limitará tan sólo al estudio de la calidad de las aguas tras el proceso, sino a la determinación de los factores de más interés para la futura replicación del proceso.
Entre estos factores se encuentran:
Hidráulica del sistema y tiempos de retención
Temperatura ambiente y microbiología (la actividad microbiana está muy condicionada por la temperatura y por tanto puede variar en diferentes épocas del año)
Diseño del sistema (parámetros constructivos)
Vida útil del sistema y su relación con la fuente de carbono
Así, el ensayo, a realizar en la Estación Experimental Agroalimentaria “Tomás Ferro” de la UPCT, consistirá en la captación de salmueras del depósito de 3.000 l, que se depositará sobre los biorreactores de 1.000 l.
A éstos, se añadirá sustrato vegetal, conformado por residuos vegetales procedentes de cultivos del entorno del Campo de Cartagena como fuente de carbono para la estimulación de la desnitrificación por parte de las
bacterias.
Para comprobar la eficacia del sistema, el personal de la UPCT se encargará del análisis inicial de las salmueras resultantes de la primera ósmosis. Para ello se monitorizarán los siguientes parámetros:
Ph, Eh, Conductividad eléctrica
Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, NO3-, PO43-, Carbono orgánico soluble
El primer grupo de parámetros se analizará in-situ, mediante la utilización de una sonda multiparamétrica calibrada. Para el segundo grupo de parámetros, se recogerán muestras y se trasladarán a laboratorio para su posterior análisis mediante cromatografía de gases en los laboratorios de la UPCT. De igual manera, inicialmente se caracterizará la calidad (contenido en C/N y calidad del carbono) de la fuente de carbono a utilizar. Estas mediciones conformarán la línea base sobre la que se determinarán los resultados de desnitrificación.
La segunda fase de la actuación consistirá en la recogida de muestras de agua de los biorreactores, de forma regular, para comprobar la evolución de los parámetros con respecto a los medidos inicialmente a la salida del tanque de almacenaje de salmuera, y comprobar así los datos de desnitrificación, entendiendo éstos como aquellos en los que la eliminación de nitrato se haya producido de manera eficiente, en un tiempo corto, sin llegar a condiciones extremadamente reductoras y sin producir un exceso de materia orgánica soluble.
Se introducirá en esta fase de muestreo, gracias a la configuración estructural de los depósitos, el sistema hidrológico de mayor eficiencia en la eliminación de nitratos, ya su instalación en la acción 1 se realizará de modo que pueda modificarse el flujo para analizar la disposición más eficiente. De este modo, se abre una puerta a la innovación de nuevas líneas de investigación sobre otros sustratos y sistemas hidrológicos.
Los principales resultados esperados al respecto de esta acción son:
– Reducción de la carga de nitratos, de entre 80 – 90%, con respecto a los rechazos de las aguas procedentes de las desalobradoras, con la separación y concentración de los rechazos en el sistema de lograr una reducción de este vertido al medio ambiente.
– Mayor aprovechamiento de los recursos hídricos y disminución de la carga de nitratos en aguas para riego y por tanto, menor contaminación.
– Desarrollo de un sistema abierto que permite la integración de otras tecnologías para mejorar el proceso de concentración-reducción de carga y mejoras en la gestión energética del sistema de tratamiento
Esta acción se llevará a cabo desde el montaje de las instalaciones hasta finalización del proyecto en abril
de 2020.
ACCIÓN 03: TECNICAS INNOVADORAS PARA INCREMENTAR EL AGUA APROVECHABLE PROCEDENTE DE SONDEOS, CORRELATIVA REDUCCIÓN DEL RECHAZO Y SU POSTERIOR CONCENTRACIÓN PARA ELIMINAR COSTES DE GESTIÓN DE RESIDUOS BUSCANDO EL “VERTIDO ZERO”. CONTRIBUIR AL VERTIDO ZERO EN EL CAMPO DE CARTAGENA
Sobre la implantación del prototipo de la Acción 01, se analizará la idoneidad del sistema propuesto, así como de los componentes y reactivos y fungibles requeridos, a fin de aumentar la capacidad de producción de plantas de generación de agua apta para riego agrícola. Asimismo, se obtendrán unos caudales de rechazo del sistema que serán tratados en el sistema propuesto a fin de aumentar la concentración de estos.
Este sistema propuesto se destina a ser implantado en las explotaciones agrícolas, pudiéndose a adaptar a sistema existente de tratamiento de agua salobre de acuífero, a fin de aumentar el rendimiento de generación de agua apta para riego. Aumentar el caudal de agua generada a unos costes inferiores a sistemas tradicionales, implantando tecnologías de nueva generación de tratamiento y ahorro energético.
