Underdrain design and operational conditions in sand media filters using reclaimed effluents in drip irrigation systems

Abstract

At present, agriculture is the human activity which requires more volume of water. Given the importance and scarcity of this resource, the efficient use of water has become a priority. On one hand, if possible, it is necessary to use irrigation systems such as microirrigation that use water more efficiently. On the other hand, treated wastewater reuse by agriculture helps to have the necessary water at the same time that it allows to release water of higher quality for other uses. In this sense, microirrigation is the safest system to apply reclaimed effluents. However, its main problem is emitter clogging, which can negatively affect crop yields and system maintenance. In order to avoid emitter clogging, the use of filters is compulsory. Those filters that work better with effluents are sand filters, although, due to their pressure requirements, concentrate most of the energy demand of drip irrigation systems. This thesis determines the effect of three types of sand filters with different drainage designs (arm collector, inserted domes and porous media), two media height (0.2 and 0.3 m) and two filtration velocities (30 and 60 m/h) in the quality of filtered water, the pressure loss in the filters, the energy consumption of the system and emitter clogging

En l’actualitat, l’agricultura és l’activitat humana que requereix més quantitat d’aigua. Davant la importància i escassetat d’aquest recurs, l’ús eficient de l’aigua s’ha convertit en una prioritat. D’una banda i si és possible, es fa necessària la utilització de sistemes de reg com el reg per degoteig que empren de forma més eficient l’aigua. D’altra banda, la reutilització d’aigües residuals tractades per l’ús agrícola ajuda a disposar de l’aigua necessària per a reg al mateix temps que permet alliberar aigües de major qualitat per a altres usos. En aquest sentit, el reg per degoteig és el sistema més segur per aplicar aigües regenerades. No obstant això, el seu principal problema és l’obturació dels degoters, que pot afectar negativament al rendiment dels cultius i al maneig de la instal·lació. Per intentar evitar les obturacions, resulta imprescindible instal·lar filtres. Els que millor funcionen amb aquest tipus d’aigües són els filtres de sorra, encara que, degut a la pressió que requereixen, concentren la major part de demanda d’energia dels sistemes de reg per degoteig. En la present tesi es determina l’efecte de tres tipus de filtres de sorra amb diferents dissenys de drenatge (de braços col·lectors, de crepines inserides i de medi porós), l’alçada del medi filtrant (0.2 i 0.3 m) i la velocitat de filtració (30 i 60 m/h) en la qualitat de l’aigua filtrada, la caiguda de pressió en els filtres, el consum energètic del sistema i l’obturació dels degoters