Aplicación agrícola de lodos compostados de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales

P Torres, J Silva y J C Escobar*

Universidad del Valle. AA 25360. Facultad de Ingeniería– Escuela EIDENAR, Cali, Colombia
patoloz@univalle.edu.co   ;   jorgesilvaleal@hotmail.com

*Empresas Municipales de Cali. EMCALI, Cali, Colombia
jcescobar@emcali.com

Resumen

El estudio muestra los resultados de la aplicación agrícola, en un mismo tipo de suelo, del compost obtenido con lodo primario de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales - PTAR  Cañaveralejo de Cali – Colombia, en el cultivo de rábano y acelga.

En el tratamiento control (suelo sin acondicionamiento con fertilizante químico (NPK 10-30-10) y con compost) las variables agrícolas evaluadas presentaron menor desempeño que en los tratamientos tanto con acondicionamientos. El porcentaje de germinación y la altura promedio presentaron valores similares tanto con fertilizante como con compost. El análisis estadístico mostró que no existe diferencia significativa en la productividad de los suelos acondicionados, lo que permite recomendar el uso de los compost en el cultivo de rábano. En el caso de la acelga, aunque el análisis estadístico mostró que el uso de cualquiera de los materiales empleados no influye significativamente en la productividad, vale la pena resaltar que se podría dar aprovechamiento al compost ya que la mejora entre un 43 a 130%.

Aunque el lodo generado en la PTAR-C está caracterizado como un residuo no peligroso debido al  bajo contenido de metales pesados, es recomendable que en el caso de otros lodos usados para compostar, se evalúe el efecto de la bioacumulación para minimizar los riesgos asociados a la presencia de los mismos en los cultivos.

Palabras clave: Acelga, aplicación agrícola, compost, lodos PTAR, rábano

Agricultural application of composted sludges from a municipal wastewater treatment plant

Abstract

The results of this study show the agricultural application in radish and chard crops, using the same type soil, of composted primary sludge from Cañaveralejo Wastewater Treatment Plant (WWTP-C) located in Cali, Colombia. Four experimental units were employed (control, chemical fertilizer, compost 1 and compost 2).  

On the control plots (crops planted in soil without chemical fertilizer NPK 10-30-10 and compost) the evaluated agricultural variables show lower performance, compared with the other treatments. The germination percentage and average height were similar for both treatments (chemical fertilizer and compost). The statistical analysis showed no significance differences in crop yield between the chemical fertilizer and compost for the radish crop. In this case the compost is recommended. In the case of the chard crop, the statistical analysis showed that the treatments had no influence on the crop yield. However, use of the compost is recommended as it appeared to improve yield of the shard by from 43 to 130%.

Although the sludge generated in the WWTP-C is not dangerous from the point of view of residues of heavy metals, it is recommended to evaluate the accumulation effect in order to minimize the potential risks due to the risk of transfer of these compounds to the crops.

Key words: Chard, compost, radish, WWTP sludge

Introducción

Los lodos son un subproducto del tratamiento de las aguas residuales. En el tratamiento primario convencional se producen menores cantidades de lodos que en el tratamiento primario avanzado – TPA, en el cual se aplican pequeñas dosis de sales metálicas de hierro o aluminio, con o sin polímeros para promover una desestabilización de partículas que aumenta la remoción de materia orgánica y sólidos suspendidos y precipita el fósforo presente en el agua residual (Murcott y Harleman 1994; Tsukamoto 2002). Generalmente, los lodos tienen alto potencial de aprovechamiento agrícola debido al contenido de materia orgánica y nutrientes, aunque deben someterse a procesos de estabilización e higienización previa para reducir los riesgos asociados a la presencia de patógenos (Rojas et al 2000).

El compostaje constituye una forma viable de estabilización de los lodos generados en las plantas de tratamiento de aguas residuales - PTAR; es un proceso en el cual la materia orgánica se degrada biológicamente hasta lograr un producto final estable. Aproximadamente del 20 al 30% de los sólidos volátiles son convertidos a dióxido de carbono y agua; adicionalmente las temperaturas alcanzadas pueden llegar a valores entre 50 y 60 ºC que destruyen los organismos patógenos (Tchobanoglous y Burtoneladas 2003).

El proceso de compostaje facilita su disposición final al poderlos aplicar directamente en áreas de cultivo para incrementar la producción y enriquecer o mejorar la calidad y estructura del suelo (Souza y Cintra 2001; ADEME 2002) mejorando el aporte de carbono, nitrógeno, azufre, potasio y fósforo y algunos micro-nutrientes como zinc, hierro y cobre que propician una situación favorable para el desarrollo de las plantas (Fair y Geyer 1994). En algunos casos, sin embargo, su aplicación puede verse limitada por la presencia de algunos compuestos como los metales pesados presentes en los lodos (WEF 1995). Los lodos procedentes del tratamiento de aguas residuales presentan niveles de metales pesados de acuerdo con las concentraciones presentes en el agua residual; en el caso de las aguas residuales municipales, cuya composición es predominantemente doméstica, las concentraciones en general se encuentran por debajo de los límites aceptables.

El lodo generado en la PTAR Cañaveralejo -PTAR-C de la ciudad de Cali es rico en nitrógeno pero presenta bajas concentraciones de fósforo y otros elementos esenciales para el proceso de compostaje. Estudios previos han demostrado su potencialidad, recomendándose mezclarlos con un material de enmienda que mejore estas deficiencias y un material de soporte que disminuya la humedad y aumente la porosidad (Torres et al 2007). Adicionalmente, el lodo generado en la PTAR-C no es un residuo tóxico que genere riesgo contra la salud humana y el medio ambiente ya que los valores de metales pesados se encuentran por debajo de lo establecido por la norma EPA 503 (1992) (Moreno y Ospina 2003).  

Para lograr el uso adecuado y seguro del compost obtenido con lodos, es necesario realizar una evaluación agrícola que permita definir los beneficios y riesgos de su aplicación en el suelo; la cual puede constar de varias etapas como la caracterización físico-química, biológica y microbiológica del sustrato, corrección de las propiedades físico-químicas para lograr los valores óptimos recomendados y realización de ensayos de crecimiento vegetal (Abad et al 1996). Así mismo, es recomendable la realización de un análisis de hongos fitopatógenos con el objetivo de identificar la presencia de algunos géneros de hongos causantes de las principales enfermedades en los cultivos (Silva et al 2007).

Existen distintas especies vegetales con las cuales puede evaluarse el potencial agrícola de un compost; sin embargo, deben tenerse en cuenta algunos criterios para su elección como son las variables a medir y el tiempo de cultivo de la especie. Para efectos de este estudio se escogieron el rábano (Raphanus sativus L.) y la acelga (Beta vulgari) como especies indicadoras. 

El cultivo de rábano se adapta a cualquier tipo de suelo, aunque prefiere los profundos, arcillosos y neutros y su desarrollo vegetativo se da en un rango óptimo de temperatura entre 18-22ºC; el rendimiento de la cosecha es de aproximadamente 15 a 20 toneladas/ha (Infoagro 2004). Para el desarrollo vegetativo de la acelga se requieren temperaturas entre 10 a 25ºC  y suelos permeables, con gran poder de absorción y ricos en materia orgánica (Infoagro 2004); el rendimiento de este cultivo es de aproximadamente 22 toneladas/ha (FHC 2007). 

En este estudio se evaluó el aprovechamiento agrícola de 2 tipos de compost producidos con lodo primario espesado y deshidratado de la PTAR Cañaveralejo -PTAR-C en el cultivo de rábano y acelga como especies indicadoras.

 

Materiales y métodos

Se acondicionó un terreno de 500 m² dividido en dos secciones de 225 m² para la evaluación de cada especie vegetal. La fase experimental se desarrolló en 2 etapas: caracterización física y química de los tratamientos y evaluación agrícola.

Caracterización física y química

Para cada tipo de cultivo se evaluaron cuatro (4) tratamientos por duplicado, el  primero (So) correspondiente al suelo sin adición de fertilizante, el segundo (SF) con la aplicación de un fertilizante químico (NPK: 10-30-10) a los 5 días de germinado el cultivo y los dos restantes con la adición de compost producidos en la PTAR-C a partir de lodo primario espesado y deshidratado sin mezclar (SC1) y mezclado con residuo de poda como material de soporte y cachaza como material de enmienda en una proporción 54% lodo, 10% poda y 36% cachaza (SC2). Las tasas de aplicación de fertilizante y de compost fueron 0.045 kg/m² (Imery 2005) y 2 kg/m² (Imery 2005,  Biscaia y Miranda 1996 citado por Andreoli et al 1999) respectivamente. La composición de los tratamientos evaluados se resume en la Tabla 1 

La Tabla 2 muestra las variables medidas a todos los tratamientos con excepción del tratamiento 2 correspondiente al fertilizante químico.

Evaluación agrícola

Para la evaluación agrícola se emplearon rábano y acelga como especies indicadoras. Se conformaron eras de 1m de ancho y 4 m de largo para cada tratamiento con su respectivo duplicado, para un total de 16 eras. La Figura 1 muestra un esquema de distribución de las eras conformadas.

El tiempo de cultivo fue 60 días para ambas especies vegetales, el riego se realizó diariamente con agua de pozo y el control de plagas se realizó semanalmente, usando una infusión de  hojas del árbol de NIM con una concentración de 50g/L (Estrada 1999). Para el control de malezas se empleó un concepto de biotecnología tropical que consiste en mantener la altura de las mismas por debajo de la altura de las especies evaluadas,  evitando la competencia por la luz solar; se evitó  la eliminación total de las malezas para reducir el ataque de insectos  y plagas que afectan los dos cultivos (Forero 1997).

Para el cultivo de rábano se usaron semillas comerciales de la variedad CRISOL GIANT, las cuales se sembraron por chorrillo y fueron sembradas dividiendo la era en tres surcos distanciados por 40 cm y con una profundidad de 2 cm.  Para el cultivo de acelga se usaron semillas comerciales de la variedad YG Penca Blanca sembrando 6 semillas por cada golpe a una distancia de 20 cm.

Durante el período de crecimiento vegetal se midieron como variables agrícolas el porcentaje de germinación a los cinco días (relacionando el número de plantas germinadas y el número de semillas sembradas), la altura promedio cada 15 días durante los 60 días de cultivo y la productividad media al momento de realizar la cosecha de las especies vegetales. Para el análisis estadístico de los datos de productividad se empleó las comparaciones múltiples a través del método de mínima diferencia significativa (DMS) para establecer las diferencias específicas entre los valores medios de cada tratamiento.
 

Resultados y discusión

Caracterización física y química

La Tabla 3 muestra los resultados obtenidos en la caracterización física y química realizada a los cuatro tratamientos al inicio del estudio.

En general se observa que todos los tratamientos tienen potencialidad para mejorar las características del suelo (So) debido al mayor contenido de materia orgánica y nutrientes, los cuales son deficientes en el suelo.

Evaluación agrícola con rábano

La Tabla 4 muestra los resultados del porcentaje de germinación, la altura promedio y la productividad media del cultivo.

La norma Australiana AS4454-1999 (How et al 2002) para compost obtenidos con lodos, establece que el porcentaje de germinación debe ser superior al 60% para garantizar el adecuado y seguro desarrollo de las especies vegetales; la aplicación de los compost evaluados permitió obtener valores superiores a éste, indicando un efecto favorable de su aplicación. Los valores alcanzados también son superiores a los reportados por Ramírez y  Pérez (2006), los cuales evaluaron el potencial agrícola de biosólidos de la PTAR Salitre de Bogotá en el cultivo de rábano rojo (Raphanus sativus). Con relación a la altura promedio de la planta, los acondicionamientos tanto con fertilizante químico como con compost fueron favorables, siendo mejor el fertilizante químico. La Figura 2 muestra los valores de productividad media del cultivo de rábano para los diferentes tratamientos.

En la Figura 2 se observa que la productividad del suelo (1.1 kg/m²), fue menor a los rendimientos presentados por FHC (2007) para este cultivo (1.5 a 2.0 kg/m²), sin embargo, con los otros tratamientos se consiguió un aumento, alcanzando una mejora entre el 45% y el 90% con el uso de los compost y el fertilizante químico respectivamente. El análisis estadístico con el método de mínima diferencia significativa (DMS) permitió ratificar que el uso de cualquier de los tratamientos (compost y fertilizante) mejora la productividad del suelo, adicionalmente, el análisis estadístico permite definir con una confiabilidad del 85%, que no existe diferencia significativa entre el fertilizante y los compost.  

En general, tanto los tratamientos con aplicación de fertilizante químico (SF) como con compost mejoraron las variables agrícolas evaluadas, presentando los mejores resultados el fertilizante; sin embargo, ya que según el análisis estadístico no existe una diferencia significativa entre el uso de los compost y el fertilizante, se podría emplear cualquier tratamiento evaluado para mejorar la productividad del cultivo con respecto al suelo.

Evaluación agrícola con acelga

La Tabla 5 muestra los resultados del porcentaje de germinación, la altura promedio y la productividad media del cultivo.

Al igual que en el cultivo de rábano, el porcentaje de germinación de la acelga mejoró con la aplicación de los compost evaluados, alcanzándose valores cercanos a lo recomendado por la norma Australiana (How et al 2002). La altura promedio mejoró tanto con la aplicación del fertilizante químico como de los compost. La Figura 3 muestra los valores de productividad media del cultivo de acelga para los tratamientos evaluados.

En la Figura 3 se observa que aunque no se alcanzaron los rendimientos de 2.2 kg/m² establecidos para este tipo de cultivo (FHC 2007), los tratamientos con fertilizante y con compost permitieron mejorar la productividad entre un 43% y un 130% con relación al suelo. El análisis estadístico mostró que no existe diferencia significativa entre el suelo y los tratamientos evaluados; sin embargo, como se muestra en la Figura 3 el uso de cualquiera de los tratamientos mejora la productividad presentada por el tratamiento suelo.

En general, el comportamiento de las variables agrícolas evaluadas en el cultivo de acelga muestra que el acondicionamiento del suelo con fertilizante químico (SF) y con compost fue favorable y muy similar. Sin embargo, el análisis estadístico mostró que no existe diferencia significativa en ninguno de los tratamientos, lo que indica que el uso de cualquiera de los materiales empleados no influye significativamente en la productividad de la acelga con relación a la productividad presentada por el suelo aunque el uso de cualquiera de los tratamientos mejora las características del suelo mejorando la productividad del cultivo.

La evaluación agrícola de la potencialidad de aprovechamiento de los compost evaluados mostró que su aplicación puede mejorar las condiciones del suelo para el desarrollo de los cultivos evaluados, lo que se reflejó en la productividad en la que todos los tratamientos presentaron mejores resultados en comparación con el tratamiento suelo. A pesar de estos resultados, es recomendable continuar los estudios de aplicación de compost producidos a partir de lodos de plantas de aguas residuales sobre el cultivo de especies vegetales de consumo directo, especialmente si los lodos presentan un alto contenido de metales pesados, lo que podría ocasionar bio-acumulación en los cultivos.

Conclusiones

• La composición físico-química de las muestras de compost evaluadas indican su potencialidad de uso para el mejoramiento de la calidad del suelo en términos de materia orgánica y nutrientes, favoreciendo las características de desarrollo y crecimiento de los cultivos.

  
  

• En el  cultivo de rábano, el análisis estadístico mostró que no existe diferencia significativa entre el uso del fertilizante y el uso de compost, y ambos mejoraron el comportamiento de las variables agrícolas del suelo y la productividad, la cual se incrementó entre un 45 y 90%.

  
  

• Aunque en el  cultivo de acelga el análisis estadístico mostró que ninguno de los tratamientos influye significativamente en la productividad con relación al tratamiento del suelo, se recomienda emplear cualquiera de los tratamientos ya que éstos le mejoran entre un 43 a 130%.

  
  

• Se recomienda continuar desarrollando estudios que evalúen la aplicación agrícola de los compost producidos en plantas de tratamiento de aguas residuales con diferentes especies vegetales, teniendo en cuenta criterios como la tasa de aplicación al suelo.
   

Bibliografía

Abad M, Martínez P y Martínez J 1996  Evaluación agronómica de los sustratos de cultivo. Departamento de producción vegeta,l Universidad Politécnica Valencia

ADEME. 2002  Déchets Organiques. Composts de boues de stations d'épurations municipales: qualités agronomiques et utilisation. Agence de l’Environnement et de la Maitrise de l’Energie. ADEME Éditions. Francia

Andreoli CV, Lara A I y Fernades F 1999  Reciclagem de biossólidos. Tranformando problemas em soluções. Companhia de Saneamento do Paraná – SANEPAR. Editado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología, FINEP, CNPq y CAPES. Brasil

APHA, AWWA, WPFC 1995 Standard Methods for the Examination of Waters and Wastewaters. 20th Edition. Estados Unidos

EPA 1992 Enviromental Protection Agency. Control of pathogens and vector attraction in sewage sludge under 40 CFR part 503. Office of Water/ Office Sciences and technology Sludge/ Risk Assessment Branch. Washingtoneladas

Estrada J 1999 El Nim y sus bioinsecticidas: una alternativa agroecológica. INIFAT, Cuba

Fair G M y Geyer J C 1994 Purificación de aguas, Tratamiento y remoción de aguas residuales. Volumen II. México

Forero R 1997 Revolucionaria Biotecnología Tropical: Agricultura de Sol y de Malezas. ICA. [on line] 1997 [citado en Enero 2005]. Disponible en Internet: www. agrohispana.com Not Found

FHC 2007 Frutas y hortalizas de Colombia para el mundo. Rábano. [on line] 2007 [citado en Enero 2007]. Disponible en Internet: www. frutasyhortalizas.com Not Found

Hispanista 2006 Cultivo de rábano y Acelga. [on line] 2006 [citado en Enero 2006]. Disponible en Internet: www. Agriculturaurbana.galeon.com Not Found

How D, Barth J, y Favoino E. 2002 Revisión de los estándares de compostaje en Australia. AS4454-1999. 1999. Australian Standard compost, soil conditioners and mulches.  The waste and resources action programme (WRAP). Australia. 14p

ICONTEC 2003 Norma Técnica Colombiana NTC 5167  2003. Productos para la industria agrícola y materiales usados como fertilizantes y acondicionadores

Imery R 2005 Compostaje de residuos orgánicos de galería y pulpa de café, Popayán Maestría en Ingeniería sanitaria y ambiental. Universidad del Valle

Infoagro 2004 Cultivo de hortalizas. [on line] 2004 [citado en Noviembre 2004]. Disponible en Internet: www. infoagro.com  Not Found

Moreno J, y Ospina G 2003 Normatividad y caracterización de lodos y biosólidos generados en plantas de tratamiento de aguas residuales: caso planta de tratamiento de aguas residuales cañaveralejo. Tesis de grado ingeniería sanitaria y ambiental. Universidad del valle Cali

Murcott S E y Harleman D R F 1994 Use of chemical upgrading in Hungary and Slovakia. En: Water Science and Technology Volume 30, No. 5, P. 87–95

Ramírez P R y Pérez A 2006 M. Evaluación del potencial de los biosólidos procedentes del tratamiento de aguas residuales para uso agrícola y su efecto sobre el cultivo de rábano rojo (raphanus sativus l). Revista facultad nacional de agronomía. Volumen 59,No.2. p.3543-3556. Medellín

Rojas M, Cabirol N, Ortega C L, Castro S,  Lourdes P y Loyola A 2000 Remoción de indicadores patógenos y parásitos (coliformes fecales y huevos de helmintos) en lodos municipales de tipo fisicoquímico por digestión anaerobia termofílica. XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental. Brasil

Silva J, Torres P y Escobar J 2007 Identificación de hongos fitopatógenos y salmonella sp en compost de plantas de tratamiento de aguas residuales. Revista Respuestas. Universidad Francisco de Paula Santander. Año 12 No. 1 - Julio 2007. ISSN 0122820X

Souza W J O  y Cintra A D. 2001 Fundamentos, sistemas e utilização de compostagem na agricultura. En: Memorias del Curso Internacional de Sistemas Integrados Sostenibles para el Tratamiento de Aguas Residuales. Universidad del Valle

Tchobanoglous G y Burtoneladas F. 2003 Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. McGraw Hill

Torres P, Escobar J C, Pérez A, Uribe I, Imery R. 2007 Compostaje de Biosólidos de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales. Revista Engenharia Agrícola, Brasil Volumen. 7 Nº 1. 267-275p. Abril

Tsukamoto R 2002 Tratamiento Primario Avanzado: El Paradigma Moderno del Tratamiento de Aguas Residuales Sanitarias,1ª Parte. En: Revista Agua Latinoamérica Volumen. 2, No. 2

WEF 1995 Water Environment Federation. Biosolids Composting. Special Publication. USA

Received 16 April 2007; Accepted 5 October 2007; Published 12 December 2007

Go to top