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