Filtración de ribera para la mejora de la calidad del agua en un esquema de recarga gestionada de acuíferos
en Berlín, Alemania
Filtración de ribera
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Explicación detallada
La filtración de ribera es una tecnología que opera bombeando agua de pozos perforados a lo largo de las orillas de un río. Durante el proceso de bombeo, el agua del río se infiltra en los sedimentos del lecho del río que se purifican en el camino (Fig. 5).
RBF es una tecnología de pretratamiento natural (solución basada en la naturaleza, NBS) que utiliza acuíferos de arena y grava como filtro natural, en lugar de productos químicos, para pretratar los suministros de agua superficial y subterránea, por lo que es un enfoque rentable.
Fig. 5 – Esquema de filtración de ribera (https://www.youtube.com/watch?v=Oy3mmckWz1k y Hiscock & Grischek, 2002)
El tipo de sedimentos entre la fuente de agua superficial y la toma de agua subterránea, así como la distancia entre la fuente de agua y el punto de extracción, determinan tanto la cantidad como la calidad del agua. Se requiere un equilibrio de ambos: la alimentación debe producir una cantidad suficiente y se debe lograr una calidad aceptable.
La Fig. 6 muestra las condiciones de flujo típicas asociadas con diferentes tipos de esquemas de filtración de bancos.
Fig. 6 – Representación esquemática de tipos de condiciones de flujo en sitios de filtración de bancos (Hiscock & Grischek, 2002)1.
En cuanto a la cantidad de agua, la obstrucción del río puede ser un problema. Para superar esto, se ha creado la construcción de zanjas artificiales y canales laterales para más zonas de infiltración. Además, las captaciones de RBF también se pueden aumentar a través de métodos MAR, como cuencas de infiltración, tapones de barrancos, presas de control, presas con fugas y presas de aguas subterráneas en ríos estacionales.
Para mejorar la calidad del agua y lograr mejores zonas de infiltración, más recientemente se está incorporando una capa de arena específica en zanjas de percolación, canales y estanques. Otra etapa de desarrollo ha sido la construcción de cuencas de recarga.
Las tomas de los pozos de agua se encuentran a poca distancia de una fuente de agua superficial (generalmente menos de 50 metros), lo que significa que el tiempo de percolación y retención puede variar de 5 a 100 días. La calidad microbiológica, química y física de las aguas superficiales mejora mucho a través de RBF debido a la combinación de procesos de tratamiento naturales, aunque generalmente todavía se necesita un tratamiento final. De hecho, el aumento de la contaminación química, que puede dar lugar a altas concentraciones de nutrientes, metales pesados, compuestos orgánicos y microcontaminantes en el agua del río, conduce a la introducción de medidas suplementarias previas y posteriores al tratamiento para construir un sistema de barreras múltiples.
Se puede aplicar una variedad de tecnologías para tratar el filtrado de banco, dependiendo de la calidad del agua del río (Fig. 7).
Por lo general, la aireación o el ozono se pueden usar para oxidar el hierro y el manganeso de los acuíferos anaeróbicos, y el carbón activado se puede usar para la adsorción y la protección contra contaminantes más persistentes. También se utilizan filtros de carbón activado granular, a menudo combinados con ozonización y filtración.
La Fig. 7 también presenta el esquema de tratamiento habitual cuando se agrega recarga artificial de agua subterránea en cuencas de infiltración para aumentar el volumen de agua disponible.
El tratamiento de agua RBF proporciona eliminación de partículas, eliminación de patógenos, eliminación química orgánica e inorgánica, suavizado máximo en derrames, ecualización de temperatura, reducción en la formación de DBP y producción de agua biológicamente más estable.
Perspectivas de futuro
La mayoría de los suplementos de agua potable de Berlín provienen de la filtración de bancos y la recarga artificial de aguas subterráneas. Este es un proceso en el que el agua del río se infiltra en los sedimentos del lecho del río que se purifican en el camino y se bombean en pozos ubicados a lo largo del río.
Esta tecnología de pretratamiento natural, que utiliza el material sedimentario del acuífero como filtro natural para pretratar los suministros de agua superficial y subterránea, está siendo un enfoque rentable. Aunque la filtración de ribera disminuye las cargas de contaminantes presentes en el agua de origen, todavía existe la necesidad de investigación futura en algunos aspectos, por ejemplo:
– La influencia de los factores de escala y las condiciones ambientales locales en las interacciones suelo-agua y los procesos de biodegradación.
– La producción de productos de indeseables en el acuífero y, finalmente, en pozos de agua potable.
– La dinámica estacional de la temperatura y las condiciones redox establece temporalmente zonas separadas donde ciertos compuestos pueden modificar su reactividad, su capacidad para producir metabolitos y/o su comportamiento redox.
A nivel mundial, también existen desafíos futuros derivados de los cambios climáticos, como temperaturas más altas, menos precipitaciones de verano, que también pueden afectar a concentraciones más altas de nutrientes y trazas orgánicas persistentes que pueden conducir a ambientes más anóxicos (condiciones anaeróbicas) que retrasen la degradación de los contaminantes.
La gestión de los sistemas de filtración orilla debe incorporarse en una planificación más amplia de las cuencas hidrográficas a fin de limitar las actividades potencialmente contaminantes en la zona de recarga de las aguas subterráneas y también para equilibrar las pérdidas de infiltración fluvial con las necesidades ecológicas del río.
Entidad responsable
Grupo Berlinwasser (Fig. 1) es la entidad responsable del suministro de agua del Berliner «de la manera más eficiente y sostenible, asegurando su calidad actuando con sentido de responsabilidad, mostrando compromiso y utilizando tecnología innovadora».
Entorno institucional
RBF se aplicó por primera vez en la capital de Alemania, Berlín, hace más de 100 años. Durante los últimos 70 años, la filtración ha producido aproximadamente el 60% del agua potable de la ciudad (Gillefalk et al., 2018). Las metodologías siguen mejorando desde el principio.
La extracción de agua se produce en alrededor de 650 pozos y forma parte de un ciclo de agua semicerrado, donde los efluentes de las plantas de eliminación de aguas residuales llegan a los cuerpos de agua superficiales sujetos a extracción de agua a través de RBF para el aprovisionamiento de agua (Fig. 2). En total, 9 lagos y muchos tramos de los ríos de tierras bajas Spree, Dahme y Havel se ven afectados por RBF (Gillefalk et al., 2018).
https://www.youtube.com/watch?v=Oy3mmckWz1k
Debido a la contaminación, el tratamiento directo del agua de los ríos se ha reducido al 1%.
Para poder extraer las cantidades requeridas, el agua subterránea se repone con agua superficial tratada, mediante la explotación de agua en cuencas de tierra poco profundas o en estanques y zanjas naturales. Las capas superiores del suelo actúan como un filtro gigante. El poder de limpieza natural del suelo mejora la calidad del agua física, química y biológicamente, de modo que es comparable a la del agua subterránea natural. En el camino a los pozos, el agua percolada también alcanza la misma temperatura que el agua subterránea.
Entorno geográfico
La región de abastecimiento de agua de Berlín tiene una superficie de 892 km2 y una población de 3,6 millones. Se extiende 45 km en su punto más ancho de este a oeste, y 38 kilómetros de norte a sur. El río Spree fluye a través de los distritos de la ciudad de este a oeste, formando un valle de 7 kilómetros de ancho, delimitado por zonas altas en el norte y el sur. Luego desemboca en el valle del río Havel cerca de Spandau. Estos valles forman parte del «Valle Glacial Varsovia-Berlín» formado por las masas de agua que se derritieron después de la Edad de Hielo. Se llenan de arena y grava a 30 metros de profundidad. Estas capas de grava contienen los recursos de agua subterránea que sirven como base para el suministro de agua potable de Berlín (https://www.bwb.de/en/2164.php) (Fig. 4).
Fig. 4 – Berliner Wasserbetrieb (http://my.page2flip.de/8563996/9953154/9955547/html5.html#/1)
Reseña histórica
La eficacia de la filtración y la recarga de aguas subterráneas artificial ha sido reconocida durante mucho tiempo en Alemania. A finales del siglo XIX, después de varias enfermedades bacterianas causadas por la ingesta directa de agua potable de los ríos (por ejemplo, el brote de cólera epidémico en Hamburgo en 1892/93), la extracción directa de agua superficial para el suministro de agua pública cayó en descrédito y fue reemplazada o complementada por el paso artificial o natural del subsuelo del agua del río debido a su eficiencia en la eliminación de microorganismos de las aguas superficiales infiltrantes. (Schmidt et al., 2003).
Hoy en día, aproximadamente el 16% del agua potable en Alemania se produce a partir de filtrado de banco y más de 300 obras hidráulicas utilizan filtración de banco, con aproximadamente 50 plantas basadas en la recarga artificial de aguas subterráneas (Fig. 8).
El suministro de agua de Berlín es un ejemplo emblemático de RBF y está proporcionando conocimiento como un laboratorio vivo para comprender y aprender sobre la mejora de la calidad física, química y biológica del agua.
Evidencia de beneficios de la implementación
Algunos de los beneficios de RBF son:
- Reduce la turbidez de una manera rentable.
- Elimina partículas, contaminantes biológicos y compuestos biodegradables.
- Mejora la calidad microbiológica, física y química del agua en comparación con las aguas superficiales.
- Aporta una calidad y temperatura del agua más acogedoras.
- Evita la necesidad/costo de la desinfección.
- Evalúa los costos de construcción y operación, ofreciendo los costos más bajos entre las opciones de suministro de agua (por ejemplo, en comparación con el bombeo desde acuíferos más profundos).
- Genera menos lodos.
- Tiene un mantenimiento complicado.
- No es susceptible a la infestación de plantas invasoras y no tiene ningún impacto en la pesca.
Potencial de replicación en la región SUDOE
El uso de la filtración de ribera en áreas SUDOE tiene un fuerte potencial de replicación, ya que se trata de técnicas bien establecidas probadas en muchos entornos hidrogeológicos con características similares a la región SUDOE. Además, las condiciones específicas de esta región (por ejemplo, altas temperaturas con alta evaporación; floraciones de algas en reservorios superficiales) se atenúan naturalmente cuando se utiliza agua de RBF.
El aprovechamiento de agua subterránea con un sistema natural de filtro de arena de barrera múltiple proporciona varios beneficios para el tratamiento del agua potable. Los resultados obtenidos en Berlín muestran que, durante la infiltración y el transporte subterráneo, procesos como la filtración, la sorción y la biodegradación producen mejoras significativas en la calidad del agua, reduciendo así las necesidades de tratamiento posteriores.
Puntos clave del método innovador
En Berlín, y Alemania, la filtración de bancos y la recarga artificial de aguas subterráneas se han utilizado para el suministro de agua potable en varios sitios, haciendo uso de diferentes características del subsuelo para la mejora de la calidad del agua, y no se pudo notar ninguna pérdida de capacidad de purificación (Schmidt et al., 2003).
La filtración de ribera es un método innovador que está siendo continuamente objeto de mejoras, siendo aplicable con el fin de:
- Alcanzar una calidad del agua (microbiológica, física y química) y una temperatura más consistente de una manera natural y rentable.
- Reduzca la necesidad/costo de desinfección.
- Disminuya los costos de construcción y operación (menos lodos, fácil mantenimiento), ofreciendo los costos más bajos entre las opciones de suministro de agua.
Agradecimientos
Esta práctica innovadora fue seleccionada de la temática inicial más amplia «Recarga, tratamiento y almacenamiento de fuentes alternativas de agua en acuíferos (Recarga administrada de acuíferos)», después de una discusión entre PPA y LNEC.
Referencias
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