Management of Rainwater in Urban Environments through Sustainable Drain Techniques

El crecimiento de las ciudades provoca modificaciones sustanciales en el ciclo hidrológico natural en entornos urbanos. Con la impermeabilización del suelo –efecto representativo del desarrollo urbano-, se reduce la infiltración y, por consiguiente, aumenta la escorrentía superficial. Los Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) contribuyen a revertir, al menos en parte, estas consecuencias adversas del proceso de urbanización. En el presente trabajo se lleva a cabo un análisis de las implicaciones hidrológico-hidráulicas de la implantación de SUDS en entornos urbanos. A partir del supuesto de la urbanización de un típico sector urbano, se relacionan las disminuciones del coeficiente de escorrentía asociadas a diversos grados de implantación de SUDS, con las correspondientes reducciones del caudal punta y del diámetro del colector que drena la cuenca de estudio, aplicando modelos de cálculo tradicionales, como son el Método Racional y la fórmula de Manning, respectivamente. Asimismo, se ha evaluado la influencia del coeficiente de escorrentía sobre el riesgo de inundación en base a la probabilidad de ocurrencia de un determinado evento de precipitación, según diferentes periodos de retorno. Los resultados obtenidos permiten cuantificar los efectos hidrológico-hidráulicos de la implementación de SUDS en cuencas urbanas, comprobándose que las reducciones porcentuales del coeficiente de escorrentía implican reducciones porcentuales idénticas del caudal de escorrentía generado en la cuenca, que con la reducción porcentual del coeficiente de escorrentía de la cuenca se obtiene una significativa disminución porcentual del diámetro del colector de drenaje y que la reducción porcentual del coeficiente de escorrentía representa una disminución de la probabilidad de ocurrencia de un determinado evento de precipitación, disminuyendo, en consecuencia, el riesgo de inundación.The development of cities results in substantial modifications of the natural hydrologic cycle in urban environments. With the weatherization of the soil (representative effect of urban development), infiltration is reduced and therefore surface runoff is increased. Urban Sustainable Drain Systems (USDS) are a significant contribution to reverse at least in part the adverse consequences of the urbanization process. This research shows an analysis of the hydrologic and hydraulic implications of the USDS implementation in urban environments. From the assumption of urbanization of a typical urban sector, decrease of runoff coefficient –associated to several degrees of USDS implementation- is related to relevant decrease of peak flow and the diameter of the collector which drains the study basin, by applying traditional calculation models such as the Rational Method and the Manning formula, respectively. Likewise, the influence of the runoff coefficient over the flooding risk has been evaluated based on the probability of occurrence of a specific rain event, according to different return periods. Results obtained allow quantifying the hydrologic and hydraulic effects of USDS implementation in urban basins, demonstrating that percentage decreases of runoff coefficient imply identical percentage decreases of the runoff flow generated at the basin and, with the percentage reduction of the runoff coefficient of the basin, a significant percentage reduction of the drainage collector diameter is observed and the percentage reduction of the runoff coefficient represents a decrease of the probability of occurrence of a specific rain event, thus decreasing the flooding risk

Technologies of Wastewater Treatment and Reuse: New Approaches

En este artículo se revisan las principales tecnologías actuales de depuración de aguas residuales urbanas y de regeneración de aguas depuradas para su reutilización, así como una aproximación a las tendencias en estos campos. La tipología de tratamientos y tecnologías aplicables abarca una amplia gama de combinaciones de procesos aerobios y anaerobios, de biomasa fija y suspendida, sistemas intensivos y extensivos, centralizados y descentralizados, etc. Además de optimizar la eficiencia de los procesos de tratamiento, las tendencias en I+D+i se están orientando, en buena medida, a la eliminación de los denominados contaminantes emergentes y al desarrollo de tecnologías de regeneración para la reutilización, entre las que cabe destacar los procesos de membrana. En todo caso, los futuros desarrollos tecnológicos deberían priorizar el uso eficiente y sostenible de la energía y de los recursos naturales, en general, y del agua, en particular.This paper examines the principal current technologies of urban wastewater treatment and reclamation for reuse, and delineates the trends in these fields. The type of treatments and technologies cover a wide range of combinations of aerobic and anaerobic processes, fixed and suspended biomass, intensive and extensive systems, centralized and decentralized systems, etc. In addition to optimizing the efficiency of treatment processes, trends in I+D+i are largely focused on the elimination of the so-called emerging contaminants and the development of technologies of reclamation for reuse, which include membrane processes. In any case, future technological developments should prioritize the efficient and sustainable use of energy and natural resources in general and of water in particular

Energy consumption in an urban wastewater treatment plant: the case of Murcia Region (Spain)

Of all the costs associated with the operation and maintenance of wastewater treatment plants (WWTPs), those associated with energy use tend to be the most significant. From this point of view, it is hence logical that energy efficiency and saving strategies should be one of the current focuses of debate amongst those involved with the management of WWTPs. The present study's objective is to determine the correlation between size and energy consumption for a WWTP. To this end, 90 WWTPs currently in service were analysed and their energetic impact quantified in terms of kWh/m3 of water treated. The results obtained demonstrate that energy consumption ratio increases as the size of WWTPs decreases, either in terms of treatment volume or population equivalent served

Presence of Siloxanes in the Biogas of a Wastewater Treatment Plant Separation in Condensates and Influence of the Dose of Iron Chloride on its Elimination

The siloxanes present in the biogas produced during anaerobic digestion damage the mechanism of cogeneration equipment and, consequently, negatively affect the energy valorization process. For this reason, the detection and elimination of these silicon-derived chemical compounds are a priority in the management of cogeneration facilities. In this regard, the objectives of this paper are, firstly, to characterize the siloxanes in the biogas and, secondly, to qualitatively evaluate the influence of the dose of iron chloride on its elimination. The research was performed at the Rincón de León Wastewater Treatment Plant (Alicante, Spain). The outflow biogas of the digesters and of the pressurized gasometers was sampled and analyzed. The results obtained made it possible to demonstrate, firstly, the absence of linear siloxanes and that, of the cyclic siloxanes, the predominant type was decamethylcyclopentasiloxane, and, secondly, that the addition of iron chloride in the digesters significantly reduces the siloxane content in the biogas. Additionally, it was demonstrated that the process of compression of the biogas, with the elimination of condensates, also produces significant reductions in the concentration of siloxanes in the biogas

Investigación sobre metodologías para el control de depuradoras

En la presente Tesis Doctoral se lleva a cabo una investigación sobre metodologías para el control de depuradoras biológicas urbanas, con el objetivo de obtener alternativas a las mismas o introducir variaciones que supongan una mejora de los procedimientos habituales. Con carácter preliminar, se ha realizado un estudio sobre los sistemas de tratamiento existentes en el marco territorial de la Comunidad Valenciana -ámbito espacial de estudio-, a fin de determinar y centrar la investigación en las tipologías de tratamiento más generalizadas. De dicho estudio se desprende que el 73% de las depuradoras biológicas urbanas en servicio gestionadas por la Entidad de Saneamiento de la Generalitat son del tipo de cultivo en suspensión (fangos activos convencional y sus variantes); el 10% son de diversos sistemas de cultivo fijo (lechos bacterianos, biodiscos y biocilindros); el 12% tienen sistemas de baj o coste o tecnologías blandas (laguna es y lechos de turbas); y el 5% restante cuentan únicamente con un tratamiento parcial (pretratamiento, decantación, físicoquímico, etc.). Este estudio preliminar permite constatar que las depuradoras basadas en procesos de fangos activos son, con mucha diferencia, las mayoritariamente implantadas en el territorio, por lo que este sistema de tratamiento de las aguas residuales urbanas constituye, en consecuencia, el más representativo de cuantos se aplican en el ámbito espacial de la investigación. Por otro lado, del análisis de la bibliografía consultada se desprende que las líneas de investigación actuales sobre las metodologías para el control de depuradoras se concentran. Prácticamente de manera exclusiva, en la optimización de la operación de las plantas en sus distintas vertientes: conocimiento en tiempo real del funcionamiento de los procesos, intervenciones de corrección (reducción de los tiempos de reacción), mantenimiento del punto de operación de la planta (en el que se verifican las condiciones de calidad del efluente con el mínimo coste), etc. Sin embargo. la puesta en práctica de estos procedimientos consume una gran cantidad de recursos y exige grandes inversiones en medios humanos y económicos, que en la mayor parte de los casos no se está en condiciones de afrontar. Llegados a este punto, se plantea la investigación desde la perspectiva del Titular de la instalación, en el ejercicio de sus funciones de vigilancia periódica y continuada sobre las actividades del Contratista responsable de la explotación (Explotador) -realizadas dichas fimciones bien directamente, bien a través de una Asistencia Técnica extema (Controlador)-, de manera que con el menor número de datos disponibles y con un consumo mínimo de recursos, se pueda conseguir la máxima infomiación posible sobre el funcionamiento real de la depuradora. Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, se ha desarrollado una metodología para el control de la eficiencia de las unidades de los procesos de fangos activos, estructurado en base a los algoritmos que reproducen los procesos a controlar en la depuradora, esto es, la eliminación de la contaminación orgánica carbonada, la eliminación de la contaminación nitrogenada y las necesidades de oxígeno. Para reproducir estos procesos se han adoptado modelos matemáticos analíticos y bases científicas de la bibliografía, que se han implementado en una hoja de cálculo, de manera que cada "hoja" recoge un proceso y el conjunto de hojas (conjunto de procesos) conforma un "libro", que representa a la depuradora a controlar. Posteriormente se ha ejecutado el algoritmo con los datos reales de una planta de fangos activos Convencional en servicio para su verificación y se ha aplicado a los casos de depuradoras de Aireación Prolongada y de Doble Etapa, con lo que el modelo se ha probado con sistemas de tratamiento de media, baja y alta carga música. Los resultados obtenidos demuestran que disponiendo únicamente de un cierto número de datos básicos, es posible obtener una metodología para el control de las unidades de los procesos de fangos activos, capaz de proporcionar información sobre el desarrollo y los resultados de dichos procesos (eficiencia), así como elementos de juicio para el análisis y evaluación de estrategias sobre la mejor manera de realizarlos (optimización). Algunos de estos datos básicos son conocidos mediante mediciones u observaciones en la propia planta (caudal influente, características de la obra civil y de los equipos electromecánicos, consumos energéticos, producción de fangos, etc.), otros son fácilmente obtenibles mediante instrumentos sencillos o analíticas al alcance de cualquier laboratorio mínimamente equipado (temperatura del agua residual, caracterización del agua bruta y del agua depurada, etc.) y el resto procede de la literatura especializada (coeficientes estequiométricos y parámetros biocinéticos, fraccionamiento de la materia orgánica, etc.). En definitiva, se ha establecido una modelización para el control cuyos inputs son las variables, constantes y parámetros necesarios para definir cada proceso y losoutputs o resultados de salida son los parámetros que pueden considerarse suficientes para el control de la eficiencia de los procesos de una depuradora de fangos activos. El modelo se caracteriza como "modelo de investigación", que enfatiza el esquema numérico preciso y el uso de ecuaciones más completas, en contraposición a los que se conocen como "modelos comerciales", más interesados en la amigabilidad del entorno gráfico, en la facilidad de la entrada de datos y, sobre todo, en que haya un resultado, aunque no se sepa muy bien las bases científicas y algoritmos matemáticos que utilizan ni, en ocasiones, su fiabilidad. Al mismo tiempo, se encuadra dentro de los denominados "modelos tecnológico-operacionales", en cuanto que considera los balances de masas y las cinéticas de crecimiento en régimen estacionario, demostrando ser suficientemente válido para el control de la eficiencia del proceso sin necesidad de tener en cuenta las características dinámicas propias de una depuradora. La metodología desarrollada es flexible y generalizable, ya que su estructura algorítmica posibilita la modelización de distintas configuraciones de cultivo en suspensión, simplemente desarrollando e insertando los sub-algorítmos correspondientes a los procesos a controlar de la variante que se considere. El carácter versátil, interactivo y abierto que confiere a esta metodología su implementación en una hoja de cálculo, permite al Controlador/Operador acceder directamente a ella para modificarla y personalizarla a su conveniencia, tanto en lo que se refiere a la estructura general del "libro" (depuradora) como a sus "hojas" (procesos), por lo que es posible adaptarla a cualquier depuradora, a base de ir variando los parámetros biocinéticos hasta encontrar los que mejor se ajustan a la planta objeto del control. Tiene la ventaja, por tanto, de poder incorporar el conocimiento experto de los controladores y operadores de plantas y de la literatura especializada, así como las experiencias adquiridas con la gestión de la planta bajo control, para obtener los patrones de funcionamiento o curvas características de la planta para distintas temperaturas, periodos de anoxia, etc., haciendo ajustes sucesivos de los parámetros biocinéticos en base al modelo real

Hydraulic infrastructure and water management in the traditional irrigation system in the Vega Baja del Segura (Alicante)

La agricultura tradicional de la comarca de la Vega Baja del Segura se asienta sobre la llanura aluvial creada por el río a lo largo de la historia. Cuenta con una superficie regable de unos 190 km2 que se nutre con recursos propios de la cuenca del río Segura. Las aguas son desviadas del río mediante azudes y distribuidas, por simple gravedad, a través de un complejo sistema de acueductos, acequias y azarbes, que configuran sendas redes de aguas vivas y de aguas muertas, permitiendo la reutilización de las aguas. El presente trabajo tiene por finalidad el estudio de las infraestructuras hidráulicas y su papel en la gestión de los recursos hídricos para el riego en la comarca de la Vega Baja del Segura. A tal fin, se ha consultado la bibliografía y recabado información en diferentes juzgados de aguas, sindicatos de riego y comunidades de regantes, complementándose todo ello con visitas de campo para la toma de datos e imágenes. Los resultados obtenidos muestran una gestión eficiente de los escasos recursos hídricos disponibles y un aprovechamiento óptimo de los mismos, en cuanto que, al final, el sistema cede sus aguas sobrantes a otros regadíos para ser reutilizadas.Traditional agriculture in the area of Vega Baja del Segura is located on the alluvial plain created by the river throughout history. It has an irrigable area of about 190 km2 which thrives with own resources of the basin of the Segura river. Waters are diverted from the river with weirs and distributed, by simple gravity, through a complex system of aqueducts, canals and immemorial, comprising two separate networks, living waters and waters dead, allowing the reuse of water. This work aims the study of hydraulic infrastructures and its role in the management of water resources for irrigation in the area of Vega Baja del Segura. To this goal, has been consulted bibliography and collected information in different courts of waters, irrigation unions and communities of irrigators, complemented with field visits to take data and images. The results show an efficient management of scarce water resources and optimum use of them, since, in the end, the system yields excess waters to other irrigation to be reused.Este trabajo ha sido financiado, en parte, con el proyecto de investigación del Ministerio de Ciencia e Innovación, actualmente Ministerio de Economía y Competitividad: Calidad de los acuíferos e impacto de fuentes agrarias (DER2011-27765)

Diversion dams and aqueducts of the Vega Baja (Segura River) traditional irrigation system (Alicante, Spain)

En el presente trabajo se describen y analizan las principales obras hidráulicas del sistema de riego tradicional de la comarca de la Vega Baja del Segura, concretamente, los azudes y los acueductos. Los azudes de toma, construidos en el cauce del río Segura, representan el inicio del sistema, desde donde parte una extensa y compleja red de acueductos constituida por acequias y azarbes, como elementos fundamentales, que distribuyen el agua para el regadío. En este estudio se ha llevado a cabo una amplia y profunda investigación documental, tomado datos de campo y captado imágenes in situ que, junto con los diagramas aportados, resultan imprescindibles para comprender la magnitud del sistema. Los resultados obtenidos han servido no sólo para catalogar y caracterizar los elementos que integran el sistema hidráulico del regadío tradicional de la Vega Baja del Segura, sino también para poner de manifiesto un ejemplo real de optimización de recursos hídricos en una zona del sureste peninsular español de escasa e irregular pluviometría. Asimismo, el estudio efectuado revela un sistema de riego sumamente eficiente desde un punto de vista cuantitativo y no tanto desde el cualitativo, debido a la presencia, entre otros contaminantes, de altas concentraciones de sales.This paper describes and discusses the main hydraulic works of traditional irrigation system in the Vega Baja del Segura area, particularly the diversion dams and the aqueducts. The diversion dams, built on the bed of the Segura River, represent the beginning of the system from where part a vast and complex network of aqueducts, constituted by ditches and drainage ditches, as fundamental elements that distribute water for irrigation. An extensive and thorough documentary research has been carried out in this study. Field data and in-situ images have been gathered and, along with the provided diagrams, they are essential to understand the magnitude of the system. The results have served not only to catalog and characterize the elements comprising the hydraulic system of the traditional irrigation of the Vega Baja del Segura, but also to reveal a real example of optimization of water resources in an area of the Spanish peninsular Southeast of low and irregular rainfall. In addition, the study reveals a system of highly efficient irrigation from a quantitative point of view and not so much in the qualitative due to the presence of high concentrations of salts, among other pollutants

A case study of urban wastewater reclamation in Spain: comparison of water quality produced by using alternative processes and related costs

In Spain, and particularly in the Valencia Region, the scarcity of water resources means that water resource exploitation must be optimized. In this light, reusing the large amounts of treated wastewater is a top priority, especially in agriculture, urban use and the irrigation of golf courses. Rincón de León wastewater treatment plant–water reclamation plant (Alicante, Spain) supplies reclaimed flow to a number of users according to the guidelines stated in the Royal Decree 1620/2007. Reclamation treatment includes: coagulation + flocculation + filtration (sand bed), ultrafiltration, ultraviolet disinfection and desalination (reverse osmosis). By combining these processes, three tertiary treatment alternatives were configured, and for each of them the quality of effluents, treatment costs, energy consumption and the uses of treated water were analysed. The results show that the quality of the water treated using the three alternatives is suitable for different uses. Moreover, the costs resulting from the tertiary treatment processes, their energy consumption and the final price of the treated water paid by farmers have been obtained.This study was partially financed by the Ministry of Education via the projects ‘Treatment of superficial water and wastewater by membrane technologies to obtain high quality effluents' (CTM2010-15348) and ‘Treatment and wastewater reuse for a sustainable management’ (CONSOLIDER) (CSD200644), as well as by the Ministry of Science and Innovation via the project ‘Quality of Aquifers and agricultural impacts' (DER2011-27765), and the Council for Education, Formation and Occupation of the Government of Valencia (ACOMP 2012/136)

Respirometric tests in a combined UASB-MBR system treating wastewater containing emerging contaminants at different OLRs and temperatures: Biokinetic analysis

This research focuses on the application of respirometric techniques to provide new insights into the biokinetic behaviour of bacterial species developed in an Upflow Anaerobic Sludge Blanked -UASB reactor combined with a membrane bioreactor -MBR, treating urban wastewater with emerging contaminants frequently found in this kind of effluents. The lab-scale pilot plant was operated at different metabolic and operational conditions by limiting the organic loading rate- OLR of the influent. In a first stage, the MBR was performed with suspended biomass, while in a second stage bio-supports were introduced to operate coexisting suspended and fixed biomass. From the results of the microscopic monitoring of sludge, it was concluded that the decrease in OLR resulted in a greater disintegration of the floc structure, more dispersed growth, and a low presence of inter-floccular bonds. However, no effect of toxicity or inhibition of microorganisms caused by the presence of emerging contaminants -ECs was determined. Kinetic modelling was carried out to study the behaviour of the system. The results showed a slowing down of biomass degradative capacity at low OLR stages and operating at low temperatures of mixed liquor. In addition, a decrease in oxygen consumption was observed with decreasing biodegradable substrate, resulting in lower degradation of organic matter. Mean values of specific oxygen uptake rate and heterotrophic biomass yield at low OLR were SOUR end = 1.49 and 1.15 mg O2· g MLVSS−1 h−1 and YH,MLSSV end = 0.48 and 0.28 mg MLVSS· mg COD−1substrate at stage 1 (suspended biomass) and stage 2 (suspended and supported biomass), respectively. From the analysis of the endogenous decomposition constant (kd), a higher cell lysis was determined operating with suspended biomass (kd = 0.03 d−1) in comparison to the operation coexisting suspended and supported biomass (kd = 0.01 d−1). Heterotrophic biomass yield values (YH, MLVSS = 0.48 ± 0.06, 0.40 ± 0.01 and 0.29 ± 0.01 mg MLVSS· mg COD−1substrate at high, medium and low OLR) showed lower sludge production at low OLR due to the influence of substrate limitation on cell growth.Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through the projects “Combined System UASB + SMEBR + O3/AC (CTM 2016-76910-R)” and “Combined treatments for the degradation and/or elimination of emerging pollutants in water” (CTM 2013-46669-R) and University of Alicante

Empleabilidad en la Ingeniería Civil. Fortalezas y debilidades desde el punto de vista de alumnos y egresados

La actual situación económica de España ha reducido notablemente la empleabilidad de los estudiantes de la rama de la construcción/ingeniería. Paralelamente la matriculación en las titulaciones de Grado en Ingeniería Civil (GIC) y Master en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos (MICCP) ha sufrido un descenso, aunque con un menor impacto del que podría esperarse de la reducción en la empleabilidad. Este trabajo recoge los resultados de un estudio de campo realizado sobre actuales estudiantes de GIC y egresados/estudiantes de MICCP. Entre las principales conclusiones obtenidas en este estudio cabe destacar que los alumnos consideran el estado económico del país la principal causa de la falta de empleo en el sector. Consideran necesaria la mejora en la formación en herramientas informáticas, ven su gran capacidad de trabajo como la mejor de sus fortalezas y consideran que el nivel del profesorado debería mejorar en términos generales. Existe asimismo un pesimismo más o menos extendido en cuanto a sus requerimientos salariales que se agrava en la población de alumnos egresados, y estiman de manera mayoritaria que encontrarán trabajo entre los 6 meses y 1 año posteriores a obtener el título universitario