Vertido de efluentes al mar. Emisarios submarinos

Manuel Antequera Ramos

Coordinador de Programa Técnico Científico

División de Medio Marino

Centro de Estudios de Puertos y Costas

CURSO SOBRE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y

EXPLOTACIÓN DE ESTACIONES DEPURADORAS

PLATAFORMA CONTINENTAL

Plataforma continental

Franja litoral BATIMETRÍA

CIRCALITORAL

USOS DEL LITORAL

RIQUEZA BIOLÓGICA Y ECOLÓGICA DE LA PLATAFORMA

7,6% de la superficie; menos del 1% del volumen de los océanos

87% de la pesca (toda excepto los grandes peces pelágicos como los atunes)

100% del marisco

Zona de desove y de paso

USOS DEL LITORAL

35% de la población en el 7% del territorio

USOS DEL LITORAL

35% de la población en el 7% del territorio

58.4 millones de turistas extranjeros al año 2014

USOS DEL LITORAL

FRANJA LITORAL: MAYOR DEMANDA DE USOS

Baños

Pesca de bajura

Navegación recreativa

Cultivos marinos

Puertos y fondeaderos

------------

Componente de un sistema integral de depuración de aguas residuales

CAPACIDAD DE DEPURACIÓN DEL MAR

ABUNDANCIA DE:

Oxígeno disuelto -> DBO

Superficie -> Sólidos en suspensión, calor

Poder bactericida -> Microorganismos patógenos

Ejemplo: • Coliformes fecales en agua residual bruta: 108/100 ml

• Reducción por decantación primaria: 50% (factor 2)

• Reducción por tratamiento biológico: 80% (factor 5)

• Límites para aguas de baño:

Calidad Buena: percentil 95 < 500/100 ml (factor 200.000)

Calidad Excelente: percentil 95<250/100 ml (factor 400.000)

LEGISLACIÓN DERIVADA DE CONVENIOS INTERNACIONALES

Convenio para la protección del medio ambiente marino del

Atlántico Nordeste (Oslo-París, 1993). También conocido como

Convenio OSPAR

Protocolo relativo a la Protección del Mar Mediterráneo contra la

contaminación de origen terrestre (Atenas, 1980), que forma parte

del Convenio para la Protección del Mar Mediterráneo contra la

Contaminación (Barcelona, 1976)

Convenio sobre la prevención de la contaminación del mar por

vertimiento de desechos y otras materias (Londres, 1972). Muy

modificado por el protocolo de 1996

Relativa a los objetivos o normas de calidad

Relativa al control de emisiones de sustancias

peligrosas

Relativa a la prevención de la contaminación

LEGISLACIÓN DERIVADA DEL DERECHO

COMUNITARIO

LEGISLACIÓN ESPAÑOLA DE ÁMBITO

ESTATAL

LEGISLACIÓN DE LAS COMUNIDADES

AUTÓNOMAS

OBJETIVOS Y NORMAS DE CALIDAD EN FUNCIÓN DE LOS USOS

ORDEN de 13 de Julio de 1993, por la que se aprueba la "Instrucción para el proyecto de conducciones de vertido desde tierra al mar". Corrección de errores en BOE de 13 de agosto de 1993.

REAL DECRETO 1341/2007 sobre

calidad de las aguas de baño REAL DECRETO 345/1993, de 5

de Marzo (BOE de 27 de marzo), sobre calidad de las aguas para producción de moluscos y otros invertebrados marinos vivos

Ley 9/2010, de 4 de noviembre de

Aguas de Galicia.

EN FUNCIÓN DE LOS USOS

EN FUNCIÓN DE LAS

SUSTANCIAS

REAL DECRETO 817/2015, de 11 de septiembre, por el que se establecen los criterios de seguimiento y evaluación del estado de las aguas superficiales y las normas de calidad ambiental.

Incorpora a la legislación española la DIRECTIVA

2008/105 relativa a las normas de calidad ambiental en el ámbito de la política de aguas y por la que se modifica la Directiva 2000/60 (Sustancias prioritarias y otras)

El R.D. 817/2015 Fija Objetivos y Norma de Calidad

Ambiental en función de: * Las sustancias (Anexo IV y V)

* Estado ecológico o químico de las masas de agua (ANEXO II)

OBJETIVOS Y NORMAS DE CALIDAD EN FUNCIÓN DE LAS SUSTANCIAS

OBJETIVOS Y NORMAS DE CALIDAD EN FUNCIÓN DEL ESTADO ECOLÓGICO O QUÍMICO DE LAS MASAS DE AGUA

– Se clasifican las aguas de transición en 16 tipos y las aguas costeras en 30 tipos.

– La clasificación de cada masa en un determinado tipo se realizará en función de los valores que presenten para cada masa en condiciones naturales las variables que definen la tipología.

Los objetivos medioambientales para las aguas superficiales son:

– a) Prevenir el deterioro del estado de las masas de agua superficial.

– b) Proteger, mejorar y regenerar todas las masas de agua superficial

con el objeto de alcanzar un buen estado de las mismas.

– c) Reducir progresivamente la contaminación procedente de

sustancias prioritarias y eliminar o suprimir gradualmente los

vertidos, las emisiones y las pérdidas de sustancias peligrosas

prioritarias.

...

ZONA DE MEZCLA

Por otra parte, el REAL DECRETO 817/2015, define la zona de mezcla como:

“Zona adyacente a un punto de vertido donde las concentraciones de los diferentes constituyentes del mismo pueden no corresponder al régimen de mezcla completa del efluente y el medio receptor.”

Dentro de una zona de mezcla, las concentraciones de una o más sustancias enumeradas en el anexo IV A, podrán superar las NCA siempre que el resto de la masa de agua superficial siga cumpliendo dichas normas.

Las zonas de mezcla que se establezcan tendrán una extensión que estará limitada a las proximidades del punto de vertido y será proporcionada atendiendo a las concentraciones de contaminantes en el punto de vertido, a las condiciones establecidas en la autorización de vertido correspondiente y en cualquier otra normativa pertinente, de conformidad con la aplicación de las mejores técnicas disponibles.

Posibles impactos del vertido de aguas residuales

Riesgo de infecciones por bacterias, virus, hongos o parásitos por contacto o ingestión directa durante el ejercicio de actividades recreativas o laborales.

Envenenamiento de las comunidades biológicas por asimilación de sustancias tóxicas, sobre todo si son persistentes y bioacumulables

Riegos sanitarios por consumo de alimentos contaminados procedentes del mar (moluscos, mariscos, peces, etc.)

Sepultamiento de organismos y cambios en la textura de los fondos por sedimentación abundante y persistente de los sólidos en suspensión en las proximidades del punto de vertido.

Eutrofización por aporte excesivo de nutrientes en zonas con poca capacidad de renovación como bahías semicerradas o dársenas portuarias.

Reducción severa de la concentración se oxígeno disuelto por oxidación de la materia orgánica en zonas con poca renovación.

Problemas estéticos por presencia de flotantes, turbidez, olores, etc.

Un saneamiento litoral comprende los siguientes elementos:

a) Identificación y cuantificación de la producción de aguas

residuales y de su distribución espacial y temporal. Caudales y cargas contaminantes.

b) Diseño de la red de colectores. Dimensionamiento

hidráulico y ambiental de colectores, aliviaderos y estanques de tormenta. Bombeos necesarios.

c) Diseño y dimensionamiento de la estación depuradora

de aguas residuales (EDAR). Selección del caudal de diseño y del nivel de tratamiento.

d) Diseño y dimensionamiento del emisario terrestre. e) Diseño y dimensionamiento del emisario submarino.

Bombeo necesario y pozo de captación.

ALGUNAS DEFINICIONES (Instrucción del 93)

Emisario submarino: Conducción cerrada que transporta las aguas residuales desde la estación de tratamiento hasta una zona de inyección en el mar, de forma que se cumplan las dos condiciones siguientes:

Que la distancia entre la línea de costa en bajamar máxima viva equinoccial y la boquilla de descarga, más próxima a ésta, sea mayor de 500 m.

Que la dilución inicial para la hipótesis de máximo caudal previsto y ausencia de estratificación, sea mayor de 100:1

Conducción de desagüe: Conducción abierta o cerrada que transporta las aguas residuales desde la estación de tratamiento hasta el mar, vertiendo en superficie o mediante descarga submarina, sin que se cumplan las anteriores condiciones de emisario submarino

Conducción de vertido: Término que engloba tanto a los emisarios submarinos como a las conducciones de desagüe

Zona de inyección: Entorno del dispositivo de descarga (ya sea de boca única o un tramo difusor con múltiples boquillas) constituido por aquellos puntos en los que, como consecuencia del impulso inicial del efluente al salir por las bocas de descarga o de la fuerza ascencional debida a la diferencia de densidades, pueda darse una diferencia apreciable de velocidades entre la de la mezcla y la del medio receptor bajo alguna de las condiciones de flujo posibles

Comportamiento del efluente: Vertidos hipodensos

DILUCIÓN EN LOS EMISARIOS

COMPORTAMIENTO DEL EFLUENTE

Empuje ascendente: Curvatura del chorro Difusión turbulenta: Aumento de diámetro y

de caudal Esparcimiento en superficie Efecto de las corrientes del medio Efecto de la estratificación de densidad Tramo difusor: interacción de chorros Capa de mezcla Pluma horizontal Variabilidad de las corrientes Patrón de variación de concentraciones Aplicable a vertidos térmicos Campos cercano y lejano

Comportamiento del efluente: Vertidos hipodensos

Ejemplo de estratificación en ensayo físico reducido

Comportamiento del efluente: Vertidos hiperdensos

ORDEN de 13 de Julio de 1993, por la que se aprueba la "Instrucción para el proyecto de conducciones de vertido desde tierra al mar". Corrección de errores en BOE de 13 de agosto de 1993.

EL PROYECTO DEBERÁ JUSTIFICAR:

Que se cumplen los objetivos propios de todo proyecto en cuanto a definición técnica y económica de las obras y justificación de la estabilidad y funcionalidad de sus distintos elementos.

Que las características del efluente cumplen los requisitos impuestos por la normativa vigente sobre normas de emisión

Que, bajo las condiciones oceanográficas del emplazamiento y para las diferentes situaciones de vertido, se respetan los objetivos de calidad establecidos por las normas vigentes para las distintas zonas de usos que pudieran afectarse por el vertido.

CONTENIDO DEL PROYECTO

Memoria

Planos

Pliego de prescripciones

Presupuestos

Estudios complementarios

Programa de vigilancia y control

Plan de operación y mantenimiento

ESTUDIOS PREVIOS Y COMPLEMENTARIOS

Características del efluente Usos de la zona Alternativas Parámetros oceanográficos (Apéndice A):

Perfiles de temperatura y salinidad en la zona de vertido.

Corrientes. Coeficientes de dispersión de la pluma. Coeficientes de autodepuración de los parámetros no

conservativos. Biocenosis inicial y contaminación de fondo. Batimetría, Geofísica y Geotecnia. Clima marítimo. Dinámica litoral.

LA INSTRUCCIÓN DA PRESCRIPCIONES SOBRE:

El sistema de impulsión

El trazado de los tramos terrestre y submarino del emisario

La capacidad de los aliviaderos

Los cálculos para el proyecto del emisario

Cálculos hidrodinámicos

Cálculos hidráulicos (sistema de impulsión)

Cálculos de dilución (posición y dimensionamiento del tramo difusor)

Cálculos mecánicos

Cálculos de estabilidad (horizontal y vertical)

Cálculo tensional (en fase de construcción y en fase de servicio)

POSICIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DEL DIFUSOR

I. Establecimiento de las hipótesis de proyecto

II. Comprobación de la dilución inicial

III. Comprobación de los objetivos de calidad

Normalmente se utilizan modelos matemáticos más o menos sofisticados para el cálculo de la dilución inicial y para el cálculo del transporte y dispersión de contaminantes previa simulación de modelos hidrodinámicos, Tamaño de la zona de mezcla, etc…

NECESIDAD DE CALIBRACIÓN DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS

Modelos matemáticos de dilución, transporte y dispersión.

Dilución inicial (campo cercano):

CORMIX (CORMIX1 y CORMIX 2), submodelo CORJET (geometría de chorros)

VISJET. Modelo de cálculo JETLAG

Visual Plumes, submodelos NRFIELD y UM3. • NRFIELD permite utilizar series temporales de caudal, salinidad,

temperatura y dirección e intensidad de las corrientes. Se puede obtener información del espesor, anchura y altura de la zona de mezcla.

Etc…

Dilución Campo lejano:

MIKE3 HDFM (modelo hidrodinámico que incluye un modulo de transporte y dispersión de contaminantes)

Etc…

Parámetros oceanográficos

Entre los que afectan a los aspectos medioambientales : - Estudio de los perfiles de temperatura y salinidad - Estudio de corrientes - Determinación de los coeficientes de dispersión - Determinación de los coeficientes de autodepuración - Estudio de biocenosis y contaminación de fondo Entre los que afectan fundamentalmente al trazado y

cálculo del emisario encontramos: - Estudios de batimetría, geofísica y geotecnia. - Estudios de clima marítimo - Estudios de dinámica litoral

Perfiles de temperatura y salinidad

-La determinación de los perfiles de temperatura y salinidad nos permite calcular el perfil de densidades y a partir de ellos deducir la estructura vertical de las aguas, reconociendo la formación de picnoclinas y por tanto la posibilidad de que el efluente en su ascensión quede atrapado a una determinada profundidad.

-El atrapamiento tiene de positivo el que no se produce impacto visual en superficie, pero, a costa de la disminución de la dilución inicial que es menor al no realizarse en todo el espesor de la columna de agua.

-Para la realización adecuada de estas medidas existen equipos portátiles que permiten la lectura simultánea de la temperatura, salinidad y profundidad, necesarias para el dibujo de los perfiles, y también de conductividad, ph, potencial redox y oxígeno disuelto con cuyos valores podemos caracterizar, desde el punto de vista físico-químico, la columna de agua.

Estudio de corrientes Para realizar el estudio de corrientes existen diferentes

equipos que utilizaremos de acuerdo con el grado de fiabilidad e intensidad de las medidas que queramos realizar. Los equipos más utilizados son:

Correntímetros autónomos que nos permiten efectuar

medidas continúas de dirección y velocidad durante el período de tiempo estimado oportuno en el punto de instalación.

Correntímetros portátiles que facilitan las características

de la corriente en la vertical del punto de medida. Derivadores o biplanos que básicamente están

constituidos por un flotador que es arrastrado por un dispositivo en forma de cruz sumergido a la profundidad deseada y que nos permitirá conocer la trayectoria y velocidad de la corriente a lo largo de la misma.

Trazadores químicos. Sobre todo se utilizan los trazadores

fluorescentes como fluoresceina y rodhamina b.

Coeficientes de dispersión Dispersión vertical Kz (m2/s)= 4 * 10-3 * Ua * e

Ua -> velocidad del medio receptor e -> espesor inicial de la capa de mezcla

Dispersión horizontal en dirección transversal a la pluma (Ky) Ky (m2/s) = 3 * 10-5 * B4/3 Siendo B el ancho inicial de la pluma expresado en metros

Dispersión horizontal en dirección longitudinal (Kx) Para tanteo Kx= 1m2/s

Medidas experimentales de los coeficientes de dispersión horizontal

Dónde : N-> nº de parejas de flotadores consideradas en la experiencia Lik -> Distancia inicial entre cada pareja de flotadores Ljk -> Distancia final entre cada pareja de flotadores después de transcurrir un tiempo t

Coeficientes de autodepuracion

Dónde: α = Angulo del sol sobre el horizonte, en º sexagesimales. (Valor mínimo 0.) C = Fracción del cielo cubierto por nubes. SS = Sólidos en suspensión en mg/l. (Valor mínimo 800) Ta = Temperatura del agua en grados centígrados.

PROGRAMA DE VIGILANCIA Y CONTROL

Vigilancia ambiental

Control del efluente (autorización de vertido o AAI)

Control de las aguas receptoras (EIA)

Control de sedimentos y organismos (EIA)

Extrusión en contínuo de largos tramos de tubos de PE

(Pipelife Noruega AS)

Emplazamiento protegido dentro de un fiordo estrecho.

Producción en contínuo dentro del fiordo.

Transporte por remolcador al emplazamiento marino.

Gama de tuberías PE desde OD 20 mm hasta OD 2500 mm

-Se dispone de una amplia gama de

accesorios soldados de PE. -Curvas soldadas por segmentos -Tes soldadas por segmentos -Reducciones -Manguitos tope brida -Bridas locas de acero -Difusores -Pozos de registro

Características importantes de los tubos de PE en aplicaciones marinas.

-Poco peso, densidad 0,95 - 0,96 kg / dm3. -Flotabilidad en el mar. -Flexible, acepta radios de curvatura inferiores a 20 diámetros. -No-corrosivos. -No tóxicos, válidos para agua potable. -Alta resistencia a la abrasión. -Alta resistencia a los agentes químicos. -Alta durabilidad. -Alta resistencia a los golpes. -Alta resistencia a la fatiga. -Superficie interior siempre lisa. -Soldables, por soldadura a tope. -Vida prácticamente ilimitada en el fondo marino.

Instalación de tubos flexibles de PE en tramos largos

NIVEL DE EQUILIBRIO

FONDO DEL MAR

DESPLAZAMIENTO

ESFUERZO DE FLOTACION DEL TUBO

TIRO DE SUJECCION

R1

R2

DENTRO DEL AGUA DE LA TUBERIA

DIFERENCIA COLUMNA DE AGUA

“S” DE INSTALACION DE TUBOS FLEXIBLES DE PE

LASTRES DE HORMIGON

SALIDA DE AIRE

Instalación de lastres y lanzado del tubo al mar

Hundimiento de tuberías flexibles de PE

Antalya - ø1600 mm

Carrigrennan, Cork - ø1600 mm

Xove, España – ø2000 mm

Emisario de salmuera para planta desaladora, Cartagena, España – 2005

Tubo diamétro1400 mm, longitud total 4800 m

Te reducida embridada 1400 / 630 / 1400

Salida del remolcador con 10 x 480 m largos de tubo OD 1400 mm

BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA

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