ES2330151T3 - Procedimiento e instalacion de explotacion de cara acuifera subterranea. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de explotación de capa acuífera subterránea captado por perforación, que utiliza al menos dos niveles de bombeo sucesivos del agua de la capa antes de su utilización, caracterizado porque comprende un bombeo primario (2) que extrae el agua de la capa en una zona donde la recarga de la capa sea rápida a partir de las aguas de superficie circundantes, y donde la misma se beneficia de una filtración natural en el subsuelo, y de una depuración natural mediante condiciones reductoras, siendo el agua procedente de este primer bombeo enviada a un estanque de realimentación artificial (5) en contacto con el aire ambiente pero sin reactivo orgánico o reductor con el fin de crear localmente condiciones oxidantes, donde la misma se infiltra a la capa experimentando una segunda filtración y un bombeo secundario (7) realizado en la proximidad del estanque de realimentación antes de su utilización.

Description

Procedimiento e instalación de explotación de capa acuífera subterránea.

La presente invención se refiere a un procedimiento de explotación de capa acuífera subterránea, captada por perforación.

El recurso de agua subterránea aunque generalmente de mejor calidad que las aguas de superficie debido a la depuración natural de algunos contaminantes en el subsuelo, es también más vulnerable a largo plazo. Las aguas subterráneas aseguran más del 60% de la producción de agua potable en Europa.

Cada vez más, la calidad del recurso de agua se degrada fuertemente por las contaminaciones difundidas de origen agrícola o urbano. Nuevas sustancias indeseables (perturbadores endocrinianos...) se descubren regularmente, signo de una presión humana sobre el recurso siempre más fuerte.

Cada año durante el verano, numerosas restricciones de uso de los recursos son impuestas. Estas dificultades evidencian la fragilidad de ciertos recursos. Las mismas son igualmente generadoras de pérdidas económicas para las sociedades distribuidoras de agua potable.

La Sociedad solicitante ha desarrollado una técnica de recarga artificial de las capas que permite sostener el nivel de las capas inyectando en ellas agua superficial pretratada. El pretratamiento del agua superficial antes de la inyección necesita no obstante inversiones elevadas según la calidad de las aguas de realimentación utilizadas; genera además cantidades de lodos igualmente costosas de tratar.

La evolución de las exigencias de calidad para el agua potable en un contexto de degradación de la calidad de los recursos, y el establecimiento de normas medioambientales siempre más fuertes, incluyendo el tratamiento de los lodos de agua potable, concurren en un aumento de los precios de producción del agua potable, esto en un contexto económico cada vez más competitivo.

Las aguas subterráneas presentan ventajas cualitativas numerosas con relación a la mayoría de las aguas de superficie pero necesitan para su explotación una ocupación territorial a veces importante. Numerosos recursos localizados cerca de los lugares de consumo han sido recuperados por el desarrollo industrial o urbano de su entorno. Ahora se presentan conflictos de interés importantes entre la producción de agua potable y los otros actores socio-económicos de las colectividades en las cuales se implantan las perforaciones.

Además, la legislación sobre la protección de las aguas subterráneas, en Francia particularmente, no siempre ha permitido aportar el grado de protección adecuado de estos recursos.

Frente a estas dificultades y con el fin de perpetuar su recurso de agua, los explotadores deben ser capaces de tomar medidas operacionales para proteger el recurso aparte de las medidas administrativas existentes. Se trata de acercamientos pragmáticos de la protección de los recursos que ofrecen un compromiso aceptable por los diferentes actores locales.

Las técnicas de tratamiento del agua aportan en general una respuesta a la degradación siempre más importante del recurso subterráneo. Pero las mismas son origen de cantidades de lodos de tratamiento importantes (que proceden de las impurezas del agua sin tratar y de los reactivos utilizados) que es preciso entonces tratar (deshidratación antes de la descarga o revalorización eventual) con el fin de limitar su impacto sobre el medio ambiente.

Además, la necesidad incrementada de tratamientos curativos genera en los consumidores un descontento respecto al precio del agua e igualmente una desconfianza respecto a la calidad de las aguas distribuidas cuya imagen es opuesta a sus ideales medioambientales.

El documento US-B-4.576.717 describe el estado de la técnica más próximo y propone un procedimiento y una instalación de explotación de capa acuífera subterránea captada por perforación, que utiliza al menos dos niveles de bombeo sucesivos del agua de la capa antes de su utilización. Según este procedimiento, el sistema de realimentación artificial se realiza en condiciones reductoras haciendo percolar el agua sobre una mezcla de paja y arena. Este sistema necesita un aporte artificial y renovado del reactivo orgánico constituido por la paja.

La invención tiene por objeto, sobre todo, proponer una solución que permita disminuir el coste de producción del agua potable y de las inversiones necesarias. La invención trata también de mejorar la calidad de los recursos de aguas subterráneas, y en perpetuar la protección controlando el impacto medioambiental y socioeconómico de la actividad sobre los actores locales.

En particular, la invención trata de asegurar una producción de agua potable de calidad con simplificación del tratamiento necesario en planta y disminución sensible de los lodos debidos al tratamiento.

Según la invención, el procedimiento de explotación de capa acuífera subterránea captada por perforación, utilizando al menos dos niveles de bombeo sucesivos del agua de la capa antes de su utilización, se caracteriza porque comprende un bombeo primario que extrae el agua de la capa en un sector donde la recarga de la capa es rápida a partir de las aguas superficiales circundantes, y donde se beneficia de una filtración natural en el subsuelo, y una depuración natural mediante condiciones reductoras, siendo el agua procedente de este primer bombeo enviada a un estanque de realimentación artificial en contacto con el aire ambiente pero sin reactivo orgánico o reductor con el fin de crear localmente condiciones oxidantes, donde se infiltra hacia la capa experimentando una segunda filtración, y un bombeo secundario realizado cerca del estanque de realimentación antes de su utilización.

De preferencia, el bombeo primario se realiza a lo largo de un curso de agua, afluente o río, o a lo largo de una extensión de agua, lago o estanque, o de un arenal. El bombeo primario puede también ser realizado en una extensión de agua, lago o estanque, o un arenal que intercepta la capa en un sector donde su recarga es rápida.

El estanque de realimentación artificial utilizado para la filtración en medio aireado oxidante es generalmente un arenal o una gravera.

El agua procedente del bombeo secundario puede ser sometida a un tratamiento, asegurado por una planta, que se limita a una depuración y a una desinfección antes de la distribución del agua. La depuración puede ser realizada sobre carbón activado.

Así, según la invención, el sistema de realimentación artificial se realiza en medio oxidante sin aporte de materia orgánica y por simple contacto con el aire.

La invención se refiere igualmente a una instalación de explotación de capa acuífera subterránea captada por perforación, que comprende al menos dos estaciones de bombeo sucesivas del agua de la capa antes de su utilización, caracterizada porque comprende una estación de bombeo primaria que extrae el agua de la capa en una zona donde la recarga de la capa es rápida a partir de las aguas superficiales circundantes y donde se beneficia de un filtración natural en el subsuelo y de una depuración natural mediante condiciones reductoras; un estanque de realimentación artificial en contacto con el aire ambiente pero sin reactivo orgánico o reductor con el fin de crear localmente condiciones oxidantes, al cual se envía el agua bombeada por la estación de bombeo primaria; una estación de bombeo secundaria para realizar un bombeo cerca del estanque de realimentación; y una planta para un tratamiento simplificado del agua.

La planta de tratamiento puede comprender únicamente un puesto de depuración y un puesto de desinfección. El puesto de depuración puede estar previsto para una depuración sobre carbón activado.

Otras características y ventajas de la invención se facilitarán en los ejemplos que siguen, con referencia a los dibujos en los cuales:

La figura 1 es una vista esquemática en sección de una instalación para la realización del procedimiento de tratamiento del agua según la invención.

La figura 2 es una vista similar a la figura 1 que representa un ejemplo de realización del procedimiento, y

La figura 3 es una vista similar a la figura 2 que representa otro ejemplo de realización del procedimiento.

Haciendo referencia a la figura 1, se puede apreciar una parte de una instalación D que utiliza el procedimiento según la invención con dos niveles de bombeo sucesivos del agua de la capa subterránea antes de su envío a la planta de tratamiento (no representada).

Este acercamiento se basa en el conocimiento de las corrientes subterráneas y de los mecanismos bioquímicos que tienen lugar en el subsuelo 1, los diferentes medios acuáticos (graveras, afluentes, estanques de infiltración) y de la combinación de su capacidad de autodepuración. Se busca utilizar al máximo las capacidades naturales de filtración de los acuíferos, formaciones geológicas que contienen de forma temporal o permanente agua movilizable.

Un primer bombeo llamado bombeo primario 2, extrae el agua de la capa, a partir de una perforación o de una gravera que intercepta la capa, en una zona donde la recarga de la capa es rápida, como por ejemplo a lo largo de un curso de agua 3, afluente o río, o de una capa de agua dulce, lago o estanque, o de un arenal o gravera o similar vinculada con un curso de agua.

El agua infiltrada se beneficia de una filtración natural en el subsuelo 1. Las propiedades reductoras del medio 4 contiguo al afluente 3 permiten particularmente la eliminación de los nitratos. Esta eliminación se realiza sin utilización de un sustrato carbonado artificial sino utilizando y activando la circulación de agua en un medio 4 rico en materia orgánica. Los oxidantes contenidos en el agua superficial (de los cuales los nitratos) son absorbidos por las materias orgánicas naturales del suelo y subsuelo 1.

El agua procedente del bombeo primario 2 es enviada a al menos un estanque de realimentación artificial 5, al aire libre, generalmente con desaguadero favoreciendo la oxigenación del agua. Estos estanques mantenidos sin vegetales (que acumulan las materias orgánicas) están en gran medida exentos de almacenados de materia orgánica. A partir de estos estanques, el agua se infiltra hacia la capa experimentando una segunda filtración, esta vez en medio aireado oxidante 6. Las propiedades oxidantes del medio 6 permiten particularmente la eliminación del amonio, la precipitación del hierro y del manganeso en la superficie, sin que se produzca sin embargo atarquinamiento del acuífero en profundidad.

Un segundo bombeo 7, llamado bombeo secundario y situado en la proximidad de los estanques de realimentación, alimenta la planta de tratamiento.

El procedimiento de la invención determina un paso sorprendente que consiste en bombear agua de una capa y en no utilizarla inmediatamente para el consumo, sino en reinyectarla en el suelo para un nuevo bombeo seguido de utilización.

Se podría, llegado el caso, repetir el ciclo y reinyectar el agua del segundo bombeo en el suelo para uno o varios ciclos de infiltración y de bombeo, con el fin de mejorar la calidad del agua enviada a planta. La sucesión de los medios oxidantes 4 y reductores 6 puede completarse por ejemplo utilizando un medio que tenga a la vez zonas reductoras y oxidantes, como por ejemplo una gravera cuya columna de agua es oxidante y los sedimentos reductores. Se realiza entonces en la sucesión de medios una eliminación completa del nitrógeno mineral (amonio y nitratos) y de los compuestos reducidos por una secuencia de nitrificación, desnitrificación, oxidación.

La configuración de la invención permite hacer atravesar al menos dos medios naturales diferentes, de los cuales uno tiene propiedades reductoras y el otro propiedades oxidantes. Estos tipos de medios son fácilmente identificables e dominables en el entorno (orillas de ríos, estanques, graveras, estanques de infiltración). Los compuestos orgánicos volátiles, así como la mayoría de los metales son eliminados en el medio natural.

La mayoría de los compuestos molestos que complican las cadenas de tratamiento y generan lodos son evitados.

La planta de tratamiento realiza un número de operaciones limitado ya que el procedimiento de la invención permite suprimir, a nivel de planta, un número de tratamientos complementarios tales como la decantación, filtración, nitrificación, eliminación del hierro, desmanganización, los cuales han tenido lugar de forma natural.

Todos los pretratamientos o tratamientos del agua superficial evitados son otras tantas inversiones, de reactivos y de subproductos evitadas. En particular, la disminución de la cantidad de lodos producidos tiene un impacto importante sobre la reducción de los costes. El procedimiento se asemeja por consiguiente a una verdadera planta subterránea de tratamiento del agua.

El agua que llega a la planta, que ha sido depurada de forma natural, no necesita más que, eventualmente, una depuración sobre carbón activado así como una desinfección (CAG, y/o ozono, y/o cloro) antes de su distribución. Se trata de un agua bruta con poco contenido en elementos reducidos tales como hierro, manganeso o amonio, con una calidad física elevada, es decir que comprende pocas materias en suspensión, con un bajo índice de contaminación (fouling), y con poco nitrógeno mineral (nitratos). El procedimiento permite por consiguiente una verdadera simplificación de las hileras de tratamiento y la producción de agua potable a bajos costes.

El material filtrante de los estanques de realimentación, generalmente arena o grava, puede encontrarse cargado de óxidos de hierro y manganeso después de un tiempo de utilización largo. Puede entonces ser necesario sustituir una capa de aproximadamente 20 cm de arena o grava de las paredes y el fondo del estanque. Esta sustitución solo se produce después de varios años de funcionamiento, y paso de un volumen importante de agua por esta capa de arena o de grava. Esta sustitución es mucho más sencilla y económica que una instalación de tratamiento equivalente.

El procedimiento permite crear capacidades de almacenado intermediarias o de realimentación de capa clásica. Permite beneficiarse del poder depurador del suelo.

El procedimiento permite concentrar la explotación del agua subterránea en zonas delimitadas (alrededor de los sistemas de realimentación), lo cual permite simplificar la protección de las captaciones de agua por la constitución de estanques vertientes limitados.

Es posible prever varios ciclos de filtración en el subsuelo seguido de un bombeo con el fin de mejorar las características del agua antes de su transferencia a la planta de tratamiento.

Ejemplo de aplicación nº 1

En la figura 2 se puede apreciar, una representación del procedimiento utilizado a lo largo del Sena 3a. El agua es bombeada una primera vez a la orilla del Sena 3a. El agua así obtenida, a la salida de perforaciones primarias 2 en el subsuelo 1 de las orillas 4, es muy diferente de la del Sena 3a propiamente dicha. Beneficiándose de una depuración natural en el medio reductor 4, la misma contiene muchos menos nitratos, y muy pocas materias sólidas.

Seguidamente el agua se desplaza por la red de agotamiento del agua existente hasta los estanques de realimentación 5 donde la misma se almacena algunos días antes de su infiltración en la capa. Una segunda depuración natural en un medio oxidante 6 transformará entonces el amonio y el hierro. Queda por extraerla una segunda vez con la ayuda de una perforación secundaria 7, para un tratamiento final en planta, que será principalmente una depuración sobre carbón y una desinfección (ozono y cloro).

Las ventajas de la utilización del procedimiento son numerosas.

Se obtiene una mejora significativa de la calidad de agua potable producida por la planta de tratamiento, particularmente una baja del porcentaje de nitratos, y una reducción importante, de aproximadamente un 75%, de las cantidades de lodos de tratamiento producidas, con un coste de inversión reducido.

La protección de las zonas de producción del campo captante contra los riesgos de contaminaciones agrícolas A, urbanas e industriales S se refuerza. La nueva configuración del campo captante ha permitido confinar los riesgos de contaminación industrial en algunas perforaciones dedicadas a la protección de la capa que juega el papel de barrera hidráulica.

La imagen del campo captante se revaloriza (creación de parques hidrogeológicos, tratamiento natural de las aguas que llegan a la planta). Esta solución permite un compromiso con los actores locales que no consideran ya la actividad del explotador como una amenaza para el desarrollo de sus actividades industriales o urbanas debido a la reducción de la expropiación territorial de la explotación.

Las inversiones están limitadas por una reutilización máxima de la existente y están relacionadas principalmente con la creación de perforaciones secundarias 7 y la disposición de nuevos arenales de realimentación 5. Estas inversiones son claramente más modestas que las de un tratamiento de los lodos.

Ejemplo de aplicación nº 2

El acercamiento del procedimiento según la invención, que optimiza el par Recurso/Tratamiento, es completamente globalizado.

Siempre en la proximidad del Sena, se considera un recurso subterráneo cuya calidad está fuertemente degradada por el amonio. El procedimiento según la invención permitirá rehabilitar dicho recurso.

Según la figura 3, un bombeo primario 2 está previsto en el subsuelo 1 a la orilla 4 del Sena 3a. El agua se reinyectará seguidamente por reinfiltración en el emplazamiento de una gravera 5a, con nitrificación y desnitrificación naturales. El bombeo secundario 7 utilizará las perforaciones existentes.

Esta solución permitirá una economía de inversión importante con relación a una solución que utiliza una nitrificación/desnitrificación biológica, o un abandono del recurso y una compra de agua fuera del perímetro.

Esta solución permite reutilizar la gravera 5a y sus orillas 6a que no necesitan instalaciones gravosas para ser explotadas. La coexistencia de una columna de agua aerobia, y de zonas de sedimentos orgánicos reductores hacen del emplazamiento que esté adaptado tanto a la fase de oxidación que permite eliminar el hierro, el manganeso y nitrificar el amonio como a reacciones de reducción que conducen a la eliminación de los nitratos por desnitrificación biológica.

Con relación a una modalidad clásica de tratamiento del agua, la invención aporta una simplificación del tratamiento con supresión de ciertos tratamientos. Esto tiene por efecto la disminución de las inversiones y la reducción del impacto sobre el medio ambiente.

Con relación a una modalidad preventiva clásica, particularmente respecto a los nitratos agrícolas, el procedimiento de la invención permite estimular las capacidades de autodepuración existentes en el entorno. No necesita por consiguiente ya acción de descontaminación en la fuente, aleatorias y costosas.

Claims (10)

1. Procedimiento de explotación de capa acuífera subterránea captado por perforación, que utiliza al menos dos niveles de bombeo sucesivos del agua de la capa antes de su utilización, caracterizado porque comprende un bombeo primario (2) que extrae el agua de la capa en una zona donde la recarga de la capa sea rápida a partir de las aguas de superficie circundantes, y donde la misma se beneficia de una filtración natural en el subsuelo, y de una depuración natural mediante condiciones reductoras, siendo el agua procedente de este primer bombeo enviada a un estanque de realimentación artificial (5) en contacto con el aire ambiente pero sin reactivo orgánico o reductor con el fin de crear localmente condiciones oxidantes, donde la misma se infiltra a la capa experimentando una segunda filtración y un bombeo secundario (7) realizado en la proximidad del estanque de realimentación antes de su utilización.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el bombeo primario (2) se realiza a lo largo de un curso de agua (3), afluente o río.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el bombeo primario (2) se realiza a lo largo de una extensión de agua, lago o estanque, o de un arenal.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el bombeo primario (2) se realiza en una extensión de agua, lago o estanque, o un arenal que intercepta la capa en un sector donde su recarga es rápida.

5. Procedimiento según una cualquiera de reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el estanque de realimentación artificial (5,5a) utilizado para la filtración en medio aireado oxidante es un arenal o una gravera.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agua procedente del bombeo secundario se somete a un tratamiento asegurado por una planta, que se limita a una depuración y a una desinfección antes de la distribución del agua.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la depuración se realiza sobre carbón activado.

8. Instalación de explotación de capa acuífera subterránea captada por perforación que comprende al menos dos estaciones de bombeo sucesivas del agua de la capa antes de su utilización, caracterizada porque comprende una estación de bombeo primaria (2) que extrae el agua de la capa en una zona donde la recarga de la capa es rápida a partir de las aguas de superficie circundantes y donde se beneficia de una filtración natural en el subsuelo y de una depuración natural mediante condiciones reductoras; un estanque de realimentación artificial (5,5a) en contacto con el aire ambiente pero sin reactivo orgánico o reductor con el fin de crear localmente condiciones oxidantes, al cual es enviada el agua bombeada por la estación de bombeo primario (2); una estación de bombeo secundaria (7) para realizar un bombeo cerca del estanque de realimentación; y una planta para un tratamiento simplificado del agua.

9. Instalación de explotación de capa acuífera subterránea según la reivindicación 8, caracterizada porque la planta de tratamiento comprende únicamente un puesto de depuración y un puesto de desinfección.

10. Instalación de explotación de capa acuífera subterránea según la reivindicación 9, caracterizada porque el puesto de depuración está previsto para una depuración sobre carbón activado.