Procedimiento de vigilancia de contaminación de acuíferos y dispositivo de captación al efecto

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere a un dispositivo de captación y un procedimiento de vigilancia del lixiviado de contaminantes al acuífero, en especial de la presencia de compuestos como pueden ser nitratos provenientes de la lixiviación de las tierras abonadas o los vertidos de carácter nitrogenado.

Es aplicable en el campo del medio ambiente, agricultura, ganadería, industria e hidrogeología.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Un problema medioambiental relevante es el agotamiento y la contaminación de los recursos hídricos, subterráneos y superficiales. La sobreexplotación de acuíferos y la contaminación por materias provenientes de la superficie inutilizan este recurso, cuya renovación es plurianual.

Por ejemplo, un problema conocido es la contaminación por nitratos y otros compuestos similares utilizados en la agricultura o producidos en la cría de ganado. Para reducir este problema, se han definido una serie de normas y medidas de control que buscan reducir los riesgos de contaminación de acuíferos y contaminación, eutrofización de las masas de agua superficial asociadas.

Sin embargo, es necesario controlar hasta qué punto estas medidas son eficaces, para lo que se han desarrollado sistemas como el divulgado en US6021664 para la vigilancia de la calidad en acuíferos.

El método de US6021664 es un método de captación y/o determinación de agua en el medio saturado. En el medio saturado se encuentra una mezcla de todo el agua del acuífero, por lo que no es posible detectar la proveniencia de cualquier contaminación.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Es necesario identificar y determinar si el agua del lixiviado de un punto en concreto aporta contaminación.

Además, las mediciones actuales detectan la presencia de compuestos en la zona saturada del acuífero, sin que sea fácil localizar su origen. Por lo tanto, es preferible captarlos antes de alcanzar el acuífero, en la zona no saturada de agua, ya en una zona inalterada fuera del alcance de las labores agrícolas (zona alterada), pero por encima del nivel freático, para captar las aguas que atraviesan la zona alterada y portan consigo los compuestos lixiviados.

También se cita GB2587587A como ejemplo de sistema que realiza mediciones subterráneas, aislando la zona para evitar contaminación.

El solicitante no conoce ningún procedimiento o dispositivo de captación que pueda ser considerado similar a la invención.

BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en un procedimiento de vigilancia de contaminación de acuíferos y un dispositivo de captación al efecto, según las reivindicaciones independientes. Sus diferentes realizaciones resuelven los problemas del estado de la técnica y proveen ventajas reseñables.

Este dispositivo de captación forma un sistema de captación de lixiviado para su caracterización química en tiempo real, ubicado en la zona no saturada del subsuelo, por debajo de la zona alterada del suelo de labor. El dispositivo de captación tiene tres objetivos fundamentales:

• Confirmar si se produce lixiviado o drenaje por lavado, por debajo de la zona alterada del suelo de labor que se trate.

• Caracterizar en tiempo real la concentración de los compuestos contaminantes, por ejemplo, nitratos, cloruros, arsénico, metales pesados, potasio o fosfatos, en el lixiviado.

• Evitar la alteración de las condiciones fisicoquímicas del suelo, evitando la succión de líquidos o la retirada de éstos. El líquido entra por gravedad y, en algunas realizaciones, también sale por gravedad.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Para ello se define un procedimiento de vigilancia de acuíferos mediante sensores que registran las concentraciones de elementos químicos en el agua de lixiviación proveniente de la superficie, utilizando una cámara de acumulación de este agua. Se parte de una primera etapa de construcción de un dispositivo de captación mediante las etapas de: a. Determinar la profundidad de la zona alterada por labores, para poder colocar la sonda por debajo de esa zona. El nivel freático también es relevante, pero frecuentemente está muy por debajo de la zona alterada, por lo que no siempre es necesario considerarlo. b. Determinar la permeabilidad del terreno por debajo de la zona alterada. c. Definir una inclinación, respecto a la horizontal, de un sondeo en función de la permeabilidad determinada. d. En su caso, definir una sección de un orificio de escape de la cámara en función de la permeabilidad determinada, con objeto de retener el agua el tiempo suficiente para su determinación. e. Realizar el sondeo con la inclinación definida e introducir la cámara de acumulación con una tubería filtrante superior de captación y el orificio de escape definido en el fondo de la cámara de acumulación.

Una vez construido este dispositivo de captación, que forma parte de la invención, se pasa a realizar una segunda etapa de determinación de los parámetros que se están vigilando y/o su remisión a un punto exterior. Si la cámara de acumulación es estanca (sin orificio de escape o drenaje), se puede proceder a la toma de muestra mediante bombeo y realización de determinaciones “in situ”, o mediante envío de la muestra a laboratorio. Si las mediciones se realizan mediante sondas, en tiempo real, la cámara de acumulación dispone de los sensores para analizar el agua mientras se va escapando o renovando por medio del orificio de escape. Los sensores pueden medir parámetros fisicoquímicos (conductividad, pH, oxígeno disuelto, redox, alcalinidad, etc.)o parámetros químicos (por ejemplo, mediante espectrómetros de absorción),

Otras variantes se mostrarán en el resto de la memoria.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para una mejor comprensión de la invención, se incluyen las siguientes figuras.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Figura 1: vista general de un ejemplo de realización.

Figura 2: detalle esquemático del ejemplo anterior.

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

A continuación, se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.

En la figura 1 se aprecia un ejemplo de realización formado por una conducción (1) que forma un pozo con un captador (2) formado por una cámara (3) de acumulación o recipiente con una tubería filtrante (4) superior perforada de filtro perimetral y un orificio (5) de desagüe inferior. Generalmente el captador está en la parte más inferior del pozo, pero puede estar en un punto intermedio en función de la situación del nivel freático. La zona del captador (2) está aislada de otras capas mediante un sellado, como es conocido en la técnica. Por ejemplo, utilizando cementación con bentonita en el anillo alrededor de la conducción (1) hasta la superficie, pudiendo usar lechada de cemento en el tramo superior (por ejemplo, 20 cm). La tubería filtrante (4), con apertura de luz en función de la granulometría de la formación geológica, está rodeada de un empaque de grava silícea homométrica u otro material inerte similar. La longitud de la tubería filtrante (4) depende principalmente de la situación del nivel freático.

El sello logra que el agua del lixiviado que se introduce a la cámara (3) sea de una profundidad o estrato específico y no se tengan aportaciones de agua de niveles superiores de la zona de suelo alterada. Así, el agua de lixiviado que transita a través de la cámara de acumulación corresponda realmente al lixiviado que pasa a la zona de suelo inalterado sin mezclarse orígenes diferentes.

El interior de la cámara (3) comprende un sensor fisicoquímico o químico (6) que preferiblemente es un espectrómetro de absorción que toma las medidas en tiempo real (continuamente o con una frecuencia determinada, programable). Por ejemplo, para comprobar la presencia de nitratos, se vigilará la atenuación en torno a la longitud de onda de 212 nm. Gracias a la medición adicional de la atenuación en las longitudes de onda de 254 nm y 360 nm, se pueden compensar las interferencias de materia orgánica

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) y turbidez del agua usando el principio de sensibilidades cruzadas. Este tipo de espectrómetros están disponible comercialmente.

Igualmente puede disponer un nivel (7) dentro de la cámara (3) para realizar las medidas cuando la cantidad de líquido interior es suficiente, cuando se llena la cámara (3) por descenso de agua de la superficie. Ese nivel (7) puede también remitir sus lecturas a la superficie. El nivel (7) puede ser binario (se ha alcanzado la altura suficiente - no se ha alcanzado) y bloquear o autorizar las lecturas o el bombeo.

Los datos de los sensores (6,7) se recogen y transmiten a la superficie, de donde son enviados al centro de control. El cableado puede ser portado por centradores, como es conocido en la técnica de sondeos.

De forma novedosa, la cámara(3) con su tubería perforada (4) y orificio (5) se disponen en función de la permeabilidad de la capa donde se instala. Para ello, el primer paso del procedimiento de vigilancia es caracterizar la capa donde se instalará para evaluar su permeabilidad. La inclinación (pitch) de la cámara (3) y la sección del orificio (5) están relacionadas con esta permeabilidad. De esta forma, se puede asegurar que el tiempo de residencia del líquido en el interior de la cámara (3) y el nivel alcanzado es suficiente para que las lecturas sean correctas. Es decir, cuando la permeabilidad es alta, el orificio (5) es pequeño puesto que debe retener el líquido el tiempo suficiente para su determinación. Si la permeabilidad es baja, el orificio será mayor para no aumentar su tiempo de residencia en la cámara y garantizar su renovación.

En la tabla siguiente se establecen las condiciones según la permeabilidad, en el caso de un orificio (5) de sección circular. Otras formas de orificio (5) tendrán una sección equivalente para asegurar que la salida del agua medida se produce con la misma o similar velocidad. Las pérdidas de carga por la forma del orificio (5) son reducidas, por lo que se pueden despreciar.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) La profundidad y grado de inclinación de la cámara (3) o cámara de acumulación se fijará “a priori” de acuerdo con el estudio de vulnerabilidad previamente llevado a cabo: tipo de planta y plan de abono en superficie, pluviometría o riegos, potencia de la zona alterada... y permeabilidad medida en otros sondeos (o en este mismo). Durante la perforación se realizarán ensayos de permeabilidad en los diferentes niveles detectados en los testigos. Ubicando la tubería filtrante de captación y la cámara de acumulación en la posición más idónea para captar y determinar el lixiviado. Generalmente la perforación será de 3 a 10 metros, según la zona.

En una realización, en las zonas de baja vulnerabilidad, la cámara (3) de acumulación será estanca (sin orificio) y la muestra se extraerá mediante bombeo realizando la determinación “in situ” o enviándola al laboratorio.

Un punto importante de la invención es detectar la profundidad o espesor de la zona alterada y la permeabilidad de la zona no saturada en la zona inalterada. Una forma válida es realizar un sondeo con toma de testigo continuo para su examen por un geólogo, llevando a cabo ensayos de permeabilidad de tipo “Lefranc”, en cada nivel permeable detectado. La perforación en este caso será vertical por sencillez. La zona alterada generalmente tiene un espesor de 0,5-1, 5 metros, pero un sondeo de este tipo será casi siempre superior a 3 m y la longitud total hasta alcanzar la zona saturada. De esta forma quedarán hidrodinámicamente definidos todos los niveles hasta alcanzar la zona saturada, objeto de protección.

Así, la profundidad total del dispositivo dependerá del espesor de la zona alterada y de la permeabilidad de la zona inalterada donde se deben tomar muestras, ya que la tubería filtrante se ha de disponer a partir de esa profundidad, generalmente con un cierto margen de seguridad. Igualmente la longitud de esa tubería filtrante puede variarse según la permeabilidad.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)