Infiltración de efluente industrial respecto de la infiltración de agua (página 2)

2.- MATERIALES Y MÉTODOS

2.1.- LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL LUGAR DE ESTUDIO

El experimento se llevo a cabo en la superficie de una Empresa de levadura ubicada en la localidad de González Catan (Pcia. de Buenos Aires). El área estudiada corresponde en la mayoría a un sector transicional entre la Pampa Deprimida y la Pampa Ondulada (Mapa de Suelos de la Provincia de Buenos Aires) pero también se definen como pequeños sectores suavemente ondulados de albardón del río Matanza, planos extendidos y muy suaves pendientes de 0.5 % de gradiente.

El establecimiento se encuentra apoyado por la Estación Meteorológica que posee el INTA en Castelar, la cual integra la red del Servicio Meteorológico Nacional cuyos datos de la estación:

Localidad: Castelar – Provincia de Buenos Aires.

Latitud: 34º 40’ S Longitud: 58º 39’ W Altura 22m

En la Tabla 1 se observan las temperaturas máximas, mínimas y media, serie 1961-2004 de la estación de referencia, como también los valores medios mensuales de precipitación y las temperaturas absolutas y medias de primera y última helada, junto con el desvío típico para el umbral de 0º C. Las temperaturas medias oscilan en los 16 ºC y las precipitaciones en los 1.026 mm de promedio anual (Tabla 1).

El área estudiada se encuentra desprovista de vegetación autóctona, denominada de los pastizales pampéanos. Originalmente, la comunidad predominante la constituían gramíneas cespitosas de 0,50 cm a 1 m de altura, pero resulta difícil recomponer actualmente las proporciones de la composición florística, como consecuencia de una intensa explotación agrícola y ganadera.

El material originario a partir del cual han evolucionado los suelos corresponde a espesos mantos de sedimentos loéssicos los cuales sufrieron posteriormente un transporte y redeposición por parte de aguas mantiformes que generaron derrames de magnitud regional.

Los suelos se caracterizan fundamentalmente por presentar condiciones de drenaje interno deficiente como consecuencia de una capa freática que se halla en épocas por encima de los dos metros de profundidad; también se encuentran, debido a las condiciones de drenaje mencionada anteriormente, elevados porcentajes de sodio de intercambio en los horizontes superficiales y subsuperficiales que dan origen a condiciones nátricas (Natracuol, Natracualf y Natralbol). Solo se encuentran libres de estas limitaciones algunos sectores representados por micro-lomas aisladas y del albardón del río Matanza, que emergen del plano general en el cual los perfiles del suelo son mejor drenados y las concentraciones nocivas de sodio se registran por debajo de los 80 cm de profundidad. No es frecuente hallar suelos en los que se observa una discontinuidad litológica

Tabla 1. Temperaturas absolutas, medias y precipitaciones anuales

Fuente: Estación Meteorológica INTA Castelar,2005

2.2.- METODOLOGÍA DE INFILTRACIÓN DEL SUELO

Para la Caracterización físico hídrica de los suelos se realizaron determinaciones a campo y muestreos en suelos para análisis y determinaciones de laboratorio.

Con el objetivo de obtener, en forma rápida datos de infiltración, se utilizó la metodología del anillo simple propuesta por Hills y citada por Michelena en 1984, la cual consiste de anillos de 21 cm de diámetro y 12 cm de alto con un frasco de Mariotte graduado en mm para suministrar agua al suelo. Para éste ensayo se utilizaron 6 anillos colocándose de a pares, llevándose un registro de las mediciones cada 5 minutos, para ello se confecciono una tabla con distintas alturas de agua en el frasco de Mariotte, de modo de registrar los intervalos de cinco minutos.

Con dicho instrumento se realizaron los ensayos de infiltración con dos fluidos diferentes 1) agua de perforación 2) efluente industrial, con tres repeticiones para cada líquido, en un mismo lote que posee dos perfiles de suelo diferentes.

Para llevar a cabo dicho ensayo, el anillo se clavo en el suelo hasta una profundidad de 6 cm y el resto queda sobre la superficie. El frasco alimentador de agua tiene un pico vertedor que deja una carga de agua constante de 1 cm sobre el nivel del suelo. Con los datos obtenidos se elaboraron curvas de infiltración instantáneas y acumuladas. A partir de las curvas de Infiltración Instantánea se obtuvieron los valores de infiltración básica (infiltración mínima y constante).

La velocidad de infiltración en un suelo insaturado es máxima al inicio y luego decrece hasta alcanzar un valor constante mínimo, llamado infiltración básica, cuyo valor es similar a la conductividad hidráulica o saturación del horizonte menos permeable, valor que se obtendrá por cuando el valor de infiltración instantánea se hace constante.

En la foto 1 y 2 se observa a los infiltrómetros de anillo simple .

Foto 1 Infiltrómetro de Anillo Simple

Foto 2 Infiltrómetro de Anillo Simple desarmado

2.2.1.- DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS BAJO LOS CUALES SE REALIZARON LOS ESTUDIOS

2.2.2.- Clasificación de los Suelos

Las características morfológicas y analíticas de los suelos que se han reconocido se describen en las unidades cartográficas señaladas

Dada la información obtenida en el terreno y debido a la metodología utilizada para realizar el estudio detallado de suelos (método de la cuadrícula), cada unidad cartográfica representa en la mayoría de las veces un suelo.

El muestreo se realizo mediante calicatas en cada una de las unidades estudiadas. Los suelos reconocidos fueron clasificados según el sistema taxonómico Soil Taxonomy, 1999. Se reconocieron los Ordenes Molisol y Alfisol. A continuación se definió brevemente cada uno de ellos.(Godagnone y Rodríguez, 2005).

De los suelos reconocidos, se evaluaron las unidades cartográficas 2 y 7

Dominio Edáfico

Unidad Cartográfica 2 (U2)

Esta Unidad cartográfica está definida como un sector del Albardón del río Matanza y zona de influencia.

Unidad Cartográfica 7 (U7)

Paisaje correspondiente a un tendido alto.

Profundidad De Los Horizontes Estudiados Y Descripción De Los Mismos

Unidad Cartográfica 2 (U2)

An0-15 cm Gris oscuro (10 YR 4/1) en seco. Pardo muy oscuro (10 YR 2/2) en húmedo. Franco limoso. Estructura en bloques subangulares medios moderados. Duro en seco. Firme en húmedo. Plástico y adhesivo. Raíces abundantes. Límite claro y suave.

Btn 15-29 cm Gris oscuro (10 YR 4/1) en seco. Pardo grisáceo muy oscuro (10 YR 3/2) en húmedo. Franco arcillo limoso. Estructura en prismas regulares moderados que rompen a bloques angulares. Duro en seco. Firme en húmedo. Plástico y adhesivo. Barnices húmicos abundantes. Barnices arcillosos escasos. Raíces abundantes. Límite claro y suave.

2BCnkc1 29-57 cm Pardo claro (7.5 YR 6/4) en seco. Pardo (7.5 YR 5/4) en húmedo. Franco limoso a Franco arcillo limoso. Estructura en bloques angulares gruesos moderados. Duro en seco. Firme en húmedo. Plástico. Ligeramente adhesivo. Débil reacción a los carbonatos libres en la masa. Abundantes concreciones de Calcio y de Hierro-Manganeso. Barnices arcillosos abundantes. Moteados comunes, medios y precisos. Muñecas calcáreas. Raíces escasas. Límite claro y suave.

2BCnkc2 57-83 cm Gris rosado (7.5 YR 7/2) en seco. Pardo (7.5 YR 5/4) en húmedo. Franco limoso. Estructura en bloques angulares medios moderados. Duro en seco. Firme en húmedo. Plástico. Adhesivo. Abundantes concreciones de Calcio y de Hierro-Manganeso. Barnices arcillosos escasos. Moteados comunes, medios y precisos. Muñecas calcáreas. Límite claro y suave.

2Cnc 83-140 cm Gris rosado (7.5 YR 7/2) en seco. Pardo (7.5 YR 5/4) en húmedo. Franco limoso. Estructura en bloques subangulares medios débiles. Duro en seco. Firme en húmedo. Plástico. Adhesivo. Escasas concreciones de Calcio y abundantes de Hierro-Manganeso. Moteados comunes, medios y precisos. Muñecas calcáreas. Límite claro y suave.

Tabla 2. Análisis físico de suelos de la unidad cartográfica 2

Fuente: Godagnone et al, 2005.

An0-32 cm Negro (10 YR 2/1) en húmedo. Franco limoso a Franco arcillo limoso. Estructura en bloques angulares medios moderados. Firme en húmedo. Plástico y adhesivo. Raíces muy abundantes. Límite claro y suave.

ABn 32-60 cm Pardo oscuro (7.5 YR 3/2) en húmedo. Franco arcillo limoso. Estructura en bloques angulares gruesos moderados. Firme en húmedo. Plástico y adhesivo. Barnices húmico-arcillosos abundantes. Raíces abundantes. Límite gradual y suave.

Btn 60-89 cm Pardo a pardo oscuro (7.5 YR 4/2) en húmedo. Franco arcillo limoso. Estructura en bloques angulares gruesos moderados. Firme en húmedo. Plástico y adhesivo. Barnices húmicos escasos. Barnices arcillosos abundantes. Raíces escasas. Límite gradual y suave.

BCnc 89-135 cm Pardo a pardo oscuro (7.5 YR 4/4) en húmedo. Franco limoso a Franco arcillo limoso. Estructura en bloques angulares gruesos fuertes. Firme en húmedo. Plástico y adhesivo. Abundantes concreciones de Hierro-Manganeso. Barnices arcillosos

escasos. Moteados abundantes, medios y precisos. Ligeramente cementado. Límite claro y suave.

Cnkc 135 cm Pardo (7.5 YR 5/4) en húmedo. Franco limoso. Estructura en bloques subangulares medios moderados. Débil reacción a los carbonatos libres en la masa. Abundantes concreciones de Calcio y de Hierro-Manganeso. Muñecas calcáreas.

Tabla 3. Análisis físico de suelos de la unidad cartográfica 7

Fuente: Godagnone et al, 2005.

Tabla 4 Características químicas del líquido efluente (LE) utilizado para el riego de las columnas

Fuente: Laboratorio del Instituto de Suelos del INTA Castelar, 2005

3.- RESULTADOS y DISCUSIÓN

3.1.- Análisis comparativo de infiltración entre las unidades cartográficas 2 y 7

En este capitulo se presentan y discuten las determinaciones de infiltraciones obtenidas, y la alteración que el vertido de los efluentes podría causar sobre el suelo.

En las figuras 1 y 2 se observan las curvas de infiltración acumulada y de infiltración instantánea de las dos unidades cartográficas evaluadas .

Figura 1.- Curvas promedio de infiltración acumulada e instantánea de agua realizado sobre las unidades cartográficas 2 y 7.

Figura 2.- Curvas promedio de infiltración acumulada e instantánea de efluente realizado sobre las unidades cartográficas 2 y 7.

En base a las curvas de infiltración acumulada e instantánea, presentadas en las Figuras 1 y 2, se elaboro la Tabla 5, donde se presentan los valores promedio de infiltración acumulada para cada tratamiento y su diferencia entre las diferentes unidades cartográficas.

Las curvas de infiltración acumulada se ajustaron matemáticamente mediante una función potencial.

Se puede observar en la Figura 1 que la velocidad de infiltración instantánea, a los 10 minutos de transcurrido el ensayo, muestra una gran diferencia de valores entre las curvas de ambas unidades cartográficas, esta diferencia con el correr del tiempo disminuye, manteniéndose constante hasta el final del ensayo.

En la Figura 2, la marcada diferencia entre curvas de infiltración instantánea, se da desde el inicio del ensayo hasta el minuto 30 aproximadamente, posteriormente esta se va reduciendo hasta mantenerse constante cuando finaliza el experimento.

Tabla 5.– Tabla comparativa de valores de infiltración acumulada de las dos unidades cartográficas

En la Tabla 5 se observa que la experiencia realizada en la unidad cartográfica 2 (U2) la cual se encuentra posicionada en una media loma, alcanzó un mayor valor de infiltración acumulada tanto en el ensayo de agua como en el que se realizo con efluente, en comparación al realizado en la unidad 7 (U7), que se sitúa en un tendido alto.

Esta diferencia de valores se fue incrementando con el correr del tiempo hasta la finalización del experimento, lo cual podría deberse a que el suelo correspondiente a la U2 posee un horizonte Bt. mas cercano a la superficie (15 cm) el cual si se repara en su composición textural y granulométrica se encontrara un elevado porcentaje de arcillas silicatadas las cuales tienen la facultad de retener una mayor cantidad de agua en el perfil (Tabla 2 ), Esta característica se refleja en las figuras 1 y 2.

Por otra parte los menores valores de infiltración que se hallan en la U7 podrían deberse en principio a la posición en que se sitúa sobre el terreno (tendido alto), como así también al elevado y creciente contenido de sodio (Na) con valores que fluctúan de 0.6 meq en su horizonte superficial, a 0.8 meq en el horizonte Bt. a una profundidad de 60 cm.

Este exceso de sodio afectará la permeabilidad del suelo y en consecuencia traerá problemas de infiltración, dado que cuando dicho elemento esta presente en el suelo este es intercambiable por otros iones que forman parte de los complejos estructurales, desplazando el calcio (Ca) como al magnesio (Mg), y provocando la dispersión y desagregación del suelo. Este en consecuencia se vuelve duro y compacto en condiciones secas y reduce la infiltración de agua a través de los poros que conforman el suelo.(Gavande et al 1972).

Al comparar el contenido de materia orgánica de ambas unidades en sus horizontes superficiales, se observa el efecto positivo de la MO, que se refleja en los mayores valores de infiltración acumulada, en la U.2 la cual presenta valores de materia orgánica de 4.14 % , mientras que la U.7 contiene un 3.79 % de materia orgánica (Ortiz y Ortiz, 1990).

3.2.- Análisis comparativo de infiltración de agua y efluente

En las Figuras 3 y 4 se observan las curvas de infiltración acumulada e instantánea de las dos unidades cartográficas evaluadas, analizando así las diferencias entre el agua y el efluente en cada perfil.

Figura 3.-Curvas promedio de infiltración acumulada e instantánea de agua y efluente realizado sobre la unidad cartográfica 2

Figura 4.- Curvas promedio de infiltración acumulada e instantánea de agua y efluente realizado sobre la unidad cartográfica 7.

En base a las curvas de infiltración acumulada e instantánea, presentadas en las Figuras 3 y 4, se elaboraron las Tablas 6 y 7, en donde se presentan los valores promedio de infiltración acumulada en cada unidad cartográfica y la diferencia existente entre ambos tratamientos.

Tabla 6.– Tabla comparativa de valores de infiltración acumulada para la unidad cartográfica 2

Tabla 7.– Tabla comparativa de valores de infiltración acumulada para la unidad cartográfica 7

Según las tablas 6 y 7 se puede señalar que la diferencia entre curvas de infiltración acumulada de ambos tratamientos para cada perfil es mínima, siendo que a los 70 minutos en la U2 la diferencia acumulada es de 0.83 mm y en la U7 es de 9.67 mm.

Si bien el ensayo realizado con agua para cada unidad cartográfica, marcó valores mas elevados, estos no muestran una gran diferencia con respecto a las pruebas que se realizaron con el efluente.

La menor infiltración acumulada en el efluente, podría deberse a que este posee una densidad estimada mayor que el agua, por el contenido de sales en solución (alto contenido de sodio y potasio (K)), de materia orgánica y sólidos en suspensión (Figuras 3 y 4),

Esta menor infiltración aunque es leve podría deberse a la mayor densidad que posee el efluente, como así también a la obturación parcial de los micro y mesoporos, debido a los sólidos en suspensión que contiene dicho liquido industrial.

Otra de las posibles causas en esta diferencia en las curvas de infiltración, se podría deber a la alteración de la estructura (porosidad) y estabilidad de los agregados, por la incorporación de elementos como el sodio y el potasio contenidos en el efluente.

4.- CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos en los ensayos, se concluye que el efluente no modifica sensiblemente la infiltración acumulada del suelo, debido a que las diferencias acumuladas entre los tratamientos de agua / efluente fueron mínimas, con valores de 0.83 mm para la U2 y de 9.67mm para la U7.

Del análisis de infiltración realizado entre unidades cartográficas, se desprende como conclusión que el contenido de materia orgánica influye positivamente sobre .la tasa de infiltración y la capacidad de retención de agua.

5.- REFLEXIONES FINALES

Estos resultados conducen a una posición de optimismo respecto a la utilización del efluente para riego. Sin embargo es recomendable el seguimiento permanente de las propiedades físicas y químicas del suelo a regar, para actuar con rapidez en caso de producirse efectos acumulativos que generen condiciones indeseables para el suelo.

6.- BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA

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ANEXO

Tabla I.– Tabla de valores de infiltración acumulada e instantánea de agua efectuado en tres repeticiones sobre la unidad cartográficas 2.

Figura I .- Curvas infiltración acumulada de agua realizado sobre la U2.

Figura II .- Curvas de infiltración instantánea de agua realizado sobre la U2

Tabla II.– Tabla de valores de infiltración acumulada e instantánea de efluente efectuado en tres repeticiones sobre la unidad cartográficas 2.

Figura III .- Curvas infiltración acumulada de efluente realizado sobre la U2.

Figura IV .- Curvas infiltración instantánea de efluente realizado sobre la U2.

Tabla III.– Tabla de valores de infiltración acumulada e instantánea de agua efectuado en tres repeticiones sobre la unidad cartográficas 7.

Figura V .- Curvas infiltración acumulada de agua realizado sobre la U7.

Figura VI .- Curvas infiltración instantánea de agua realizado sobre la U7.

Tabla IV.– Tabla de valores de infiltración acumulada e instantánea de efluente efectuado en tres repeticiones sobre la unidad cartográficas 7.

Figura VII .- Curvas infiltración acumulada de efluente realizado sobre la U7.

Figura VIII .- Curvas infiltración instantánea de efluente realizado sobre la U7.

Ing. Agr. Leandro Usach

Año 2006