Factibilidad de uso agrícola del residuo sólido de una planta de tratamiento de efluentes

Transcripción

1 Factibilidad de uso agrícola del residuo sólido de una planta de tratamiento de efluentes Amma, A.T ; Cascardo, G. EEA San Pedro aamma@correo.inta.gov.ar Introducción Con el crecimiento de las áreas pobladas, zonas industriales y la necesidad de resguardar el medio ambiente han llevado a establecer normas estrictas y severas sanciones en cuanto a contaminación de cursos de agua; en consecuencia se hace indispensable la depuración de diversos efluentes. Esta depuración, por lo general, es realizada en plantas de tratamiento de efluentes. Como consecuencia de este tratamiento se obtiene un residuo sólido, con distintos contenidos de humedad, denominado lodo. Estos lodos en su mayoría se depositan en los cinturones sanitarios ubicados en zonas alejadas de las ciudades. Dado al incremento de los volúmenes de lodos y a las mayores restricciones para su depósito, surge la necesidad de encontrar alternativas de uso no contaminantes de este material. La composición de dichos lodos es variable y depende principalmente del método utilizado para su depuración, de los materiales sometidos a este proceso y de la realización de algún proceso posterior a la obtención del lodo (desecación, compostación, agregado de cal, etc.) (1). En general están compuestos por materia orgánica, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio como elementos mayoritarios y por metales como manganeso, zinc, cobre, cadmio, plomo, aluminio e hierro en cantidades menores. (9, 13). Los elementos que se consideran de mayor relevancia son el nitrógeno y los metales pesados. La concentración de éstos en el lodo nos determina la dosis máxima a utilizar en una aplicación y la cantidad total que es conveniente suministrar en un terreno, respectivamente (1). En distintos países se están desarrollado investigaciones sobre el uso de lodos como enmienda en suelos agrícolas, llegando incluso a tipificarlos. Asimismo, se están experimentando sobre su uso, solos o combinados con otros materiales, como sustratos en la producción hortícola y florícola (2, 14, 3, 11). El aporte de lodos como enmienda tiene sobre los cultivos un efecto a largo plazo. Este efecto residual se debe a la mejora de las condiciones físicas del suelo -mejor aireación, mayor retención hídrica, menor compactación, etc-, a la mayor actividad biológica y liberación de nutrientes del producto agregado y solubilización del existente en el suelo (5). En las experiencias realizadas se trabajó con lodo proveniente de una planta depuradora de cervecería; producto de procesos de digestión aeróbica y anaeróbica de los efluentes. Se utilizó el lodo como sale de planta, sin realizarle ningún tipo de proceso posterior. El trabajo, conducido bajo condiciones de invernadero, tuvo como objetivos evaluar el efecto de la aplicación de dosis crecientes de lodo con y sin el aporte de fertilizante fosfatado sobre: a. - el rendimiento de materia fresca y seca y contenido de nutrientes en parte aérea de plantas de lechuga cultivadas en macetas; b. - El rendimiento de materia seca y contenido de nutrientes en parte aérea de los sucesivos cortes de ryegrass; c. - las condiciones químicas del suelo luego de la cosecha de los cultivos. Materiales y métodos El ensayo se llevó a cabo en un invernáculo de vidrio ubicado en la Estación Experimental Agropecuaria del INTA San Pedro. Fecha de publicación: 13/10/2010 Fecha de modificación: 10/10/2011

2 2 de 11 II 1.-Características de los materiales utilizados La tierra utilizada en las experiencias fue obtenida de un lote dentro de la E.E.A. INTA San Pedro dedicado a la agricultura durante los últimos 30 años. La muestra corresponde al horizonte A de un suelo de textura franco-arcillo-limosa, perteneciente a la serie Ramallo. Esta muestra fue esterilizada con bromuro de metilo para evitar problemas de hongos y malezas. El residuo sólido "lodo" que se utilizó fue provisto por la Cervecería Quilmes Planta Zárate, siendo éste producto de su planta depuradora de efluentes, sin realizarle ningún proceso posterior. De los materiales utilizados se tomaron muestras las cuales se secaron al aire y, una vez secas, se molieron en mortero y posteriormente se tamizaron por malla de 0,5 mm. Estas muestras luego se sometieron al análisis químico. Las metodologías adoptadas para los análisis químicos fueron las siguientes (7, 10, 17): Suelo: * ph: método potenciométrico - relación suelo:agua 1:2,5. * Carbono Orgánico (C.O.): por combustión húmeda, método Walkley-Black. * Nitrógeno Total (Nt): método Semimicro Kjeldahl * Fósforo (P): método Bray I Lodo: * ph: método potenciométrico - relación sólido:agua 1:2,5. * Carbono Orgánico (C.O.): por combustión húmeda, método Walkley-Black. * Nitrógeno Total (Nt): método Semimicro Kjeldahl * Fósforo: método vanado-molíbdico previa obtención de extracto por ataque nítrico-perclórico; * Potasio (K): Espectrometría de Emisión del extracto nítricoperclórico; * Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Zinc (Zn), Manganeso (Mn) y cobre (Cu): Espectrometría de Absorción Atómica del extracto nítrico-perclórico. II 2.- Tratamientos: Los tratamientos planteados fueron dosis crecientes de lodo, 0 (Testigo), 25, 50, 75 y 100 tn/ha con y sin la aplicación de fertilizante fosfatado. Las dosis de lodo son equivalente a peso seco del material y considerando 2000 tn/ha el peso de tierra de una hectárea. Los tratamientos con fósforo se fertilizaron con una misma dosis de Superfosfato Triple de Calcio (45/47 % de P2O5), la cual fue de 1 kg/m3 de suelo. El diseño experimental adoptado fue en Parcelas Divididas con 5 repeticiones siendo la parcela principal dosis de lodo y la subparcela fertilización con de fósforo. Las aplicaciones del lodo y del fertilizante se efectuaron los días 7 y 8/VI/94. Previo a la preparación de las mismas se determinó el contenido de humedad de la tierra y del lodo, secado en estufa a 100ºC hasta pesada constante, para efectuar los cálculos correspondientes a las distintas mezclas. La incorporación del lodo y fertilizante se realizó en forma manual para lograr la mezcla homogénea de los materiales. Una vez obtenidas las distintas mezclas, se colocaron en macetas de polietileno en cantidad equivalente a 1 kg de material seco por maceta y se dejaron en invernáculo con humedad y temperatura suficientes para su estabilización.

3 3 de 11 II 2 A.- Cultivo Indice: Lechuga: Una vez estabilizadas las mezclas -1/VII/94- se sembraron 3 semillas pregerminadas de lechuga var. Maravilla de las Cuatro Estaciones por maceta. Cuando estuvieron arraigadas se ralearon dejando 2 plantas por maceta. El riego se realizó diariamente de acuerdo al consumo de cada maceta. El 22/VIII/94 se efectuó la recolección de la parte aérea de las plantas determinándose el peso fresco por maceta. Luego éstas se secaron en estufa y una vez secas se pesaron para determinar el rendimiento de materia seca por maceta. Posteriormente las muestra fueron molidas, con molinillo con cuchillas de acero inoxidable, y sometidas al análisis químico en forma compuesta para determinar: * Nitrógeno Total: método semimicro Kjeldahl; * Fósforo: método vanado-molíbdico previa obtención de extracto por ataque nítrico -perclórico; * Potasio: Espectrometría de Emisión del extracto nítrico-perclórico; * Calcio, Magnesio, Zinc, Manganeso y Cobre: Espectrometría de Absorción Atómica del extracto nítricoperclórico. Luego de cosechada la lechuga se tomaron muestras compuestas de suelo de los distintos tratamientos y se analizaron para determinar: ph, M.O., N Total, P, Ca, Mg y K. Los métodos analíticos utilizados fueron los mismos expuestos en la caracterización de los materiales. Diariamente se efectuó el riego, según el consumo de cada maceta. Los días 26/VII y 5/VIII/94 se efectuaron aportes de fertilizante nitrogenado -nitrato de amonio- en cantidad equivalente a 65 kg/ha de N por aplicación, a todos los tratamientos por igual. Se evaluó el peso seco de la parte aérea en tres cortes sucesivos, realizados el 5/VIII, 5/IX y 23/IX/94. El material seco, una vez molido, se analizó para determinar contenido de nutrientes, de igual forma que en el caso de la lechuga. También, al igual que con la lechuga, una vez finalizado el cultivo se tomaron muestras compuestas de suelo para ser analizadas. II 3.- Análisis estadístico Los resultados de rendimiento de ambos cultivos se sometieron a análisis de varianza (G.L.M., SAS) (12) y cuando se detectaron diferencias significativas al 5% entre las variables planteadas, estas se compararon con test de comparación de medias (L.S.D., SAS). Los datos de los análisis químicos no se analizaron por tratarse de muestras compuestas. III.- Resultados y Discusión III 1.- Análisis de tierra y lodo Los resultados de los análisis químicos de los materiales -residuo sólido (lodo) y tierrautilizados se presentan en los cuadros 1 y 2 respectivamente. Cuadro 1: Resultados análisis muestra de tierra. II 2 B.- Cultivo Indice: Ryegrass El 1/VII/94 se sembró 1 gramo de semilla de ryegrass perenne por maceta.

4 4 de 11 Cuadro 2: Resultados análisis muestra de lodo. Como puede observarse en el resultado del análisis del suelo se trata de un suelo levemente ácido con medio-bajo contenido de M.O., buen contenido de N y bajo contenido de P; lo cual constituye un análisis típico de los suelos de la zona. Las características químicas del lodo son similares a las citadas en la bibliografía consultada. Aunque de esta comparación se desprende que en general el lodo utilizado posee un mayor contenido de M.O., N, Ca y Mg y menor contenido de P, Cu, Zn y Mn. El valor de Nt es similar al valor citado por Anderson (1959) para lodos activados (sin digestión). El lodo tenía un contenido de humedad del 82 %. se adiciona fertilizante. Sin embargo, se observa que el efecto mayor se registra cuando no se ha aplicado lodo (Gráfico 1). Realizando un análisis para contrastar los promedios de todos los tratamientos se comprueba que la diferencia entre los tratamientos con y sin fósforo es atribuible fundamentalmente a este efecto; es decir, cuando no se realiza la aplicación de lodo. Esto es completamente lógico ya que el lodo tiene un elevado contenido de fósforo. Aunque, no todo este fósforo está en forma rápidamente asimilable por las plantas; como consecuencia de ello el tratamiento con la dosis menor de lodo -25 tn/hatambién responde, aunque en una proporción sensiblemente menor, al aporte de fósforo como fertilizante. A pesar de ello la interacción lodo x fertilizante fosfatado no fue significativa. Cuadro 3: Peso fresco y peso de lechuga (g/maceta) III 2.- Rendimiento III 2 A.- Cultivo índice Lechuga En el Cuadro 3 se puede observar el resultado del análisis estadístico del rendimiento de peso fresco y seco de la parte aérea de las plantas de lechuga. De acuerdo con los resultados obtenidos se infiere que la aplicación de lodo tiene un efecto positivo significativo sobre el desarrollo de la planta de lechuga. Hay un aumento significativo de peso fresco y seco hasta la dosis de 50 tn/ha; los rendimientos correspondientes a las dosis mayores no se diferenciaron de aquel. La mayor eficiencia se logró con la aplicación de la menor dosis de lodo -25 tn/ha-, 175,7% y 163,5% más que el testigo en peso fresco y seco respectivamente. * Números seguidos por letras iguales nos son significativamente diferentes a un nivel de P < 0.05 Gráfico 1: Peso seco parte aérea de lechuga sin y con aplicación de P (g/maceta). Efectuando el contraste entre los tratamientos con y sin el agregado de fertilizante fosfatado, se observa una mayor producción de materia fresca y seca cuando

5 5 de 11 III 2 B.- Cultivo índice Ryegras El aporte de lodo induce a un mayor desarrollo de la parte aérea del ryegrass. A medida que transcurren los cortes, tiempo de desarrollo o vegetación, las máximas producciones se obtienen con las dosis más altas de lodo, como puede observarse en el Cuadro 4. Gráfico 2: Peso seco parte aérea raygrass en sucesivos cortes con y sin aplicación de P (g/maceta). Cuadro 4: Producción de materia seca parte aérea de ryegrass (g/maceta). Números seguidos por letras iguales no son significativamente diferentes a un nivel de P<0.05 En el primer corte el máximo rendimiento, estadísticamente, se alcanza con la dosis de 50 tn/ha, en el segundo con 75 tn/ha y en el tercer con 100 tn/ha. Cuando se toma en consideración los datos de producción total de materia seca (cosechas 1+2+3) puede observarse claramente el efecto del aporte de lodo, si bien el máximo rendimiento desde el punto de vista estadístico se logra con la dosis de 75 tn/ha. El incremento mayor se logra con la aplicación de la dosis menor 25 tn/ha. En este último caso el incremento es de 173%, mientras que entre 25 y 75 tn/ha es de 47,8% (Gráfico 2). La aplicación de fertilizante fosfatado aumentó la producción de pasto en los tres cortes. El efecto de la misma a medida que transcurrieron los cortes fue disminuyendo, lográndose aumentos del 27% en el 1º corte, 14% en el 2º corte y apenas de un 9% en el 3º corte; considerando la sumatoria de los tres cortes el efecto fue del orden de 13,4%.

6 6 de 11 Para éste cultivo tampoco se detectó interacción lodo x fósforo. III 3.- Contenido de nutrientes en parte aérea: III 3 A.- Lechuga En el Gráfico 3 se pueden observar los resultados del contenido de nutrientes en parte aérea de plantas de lechuga. El contenido de N Total aumentó a medida que se incrementó la dosis de lodo. La mayor diferencia, como era de esperar, se produjo entre el tratamiento testigo -sin lodo- y el resto; siendo significativamente mayor el incremento registrado entre testigo y la dosis menor de lodo que entre éste y las dosis mayores. El aporte de fósforo mostró un comportamiento diferencial; en los tratamientos con lodo tendió a incrementar la concentración de N en la parte aérea, mientras que en el testigo -sin lodo- produjo una sensible disminución de la misma. Esto puede deberse a un efecto combinado de baja disponibilidad de nitrógeno en el suelo y de dilución, el testigo con aplicación de fósforo tuvo un rendimiento significativamente mayor que el testigo absoluto - sin lodo y sin fósforo - (ver Gráfico 1). El agregado de lodo aumentó el contenido de P en la parte aérea de la planta de lechuga. La mayor diferencia se produce entre el testigo absoluto -tierra sola sin fósforo- y la dosis menor de lodo -25 tn/ha-; esta diferencia es comparable al efecto que tiene la aplicación de fertilizante fosfatado en el testigo. Las dosis crecientes de lodo tienden a incrementar el contenido de fósforo pero muy levemente, lo mismo ocurre cuando hay aporte de fertilizante fosfatado. Este último tiene Para el caso del potasio la aplicación de dosis crecientes de lodo tiende a disminuir su concentración en la parte aérea. En promedio, la adición de fósforo también muestra una tendencia a disminuir la concentración de K; posiblemente como consecuencia de un efecto de dilución, ya que estos tratamientos han inducido a un incremento importante en la producción de materia seca. El aporte de lodo y/o de fertilizante fosfatado no afecta en gran medida la concentración de calcio en la parte aérea de la planta de lechuga. La menor concentración del tratamiento testigo con fósforo puede deberse a un efecto de dilución, por el alto rendimiento de materia seca con respecto al testigo sin fósforo, se obtuvo un 553% más en el rendimiento de materia seca. La aplicación de lodo incrementó el contenido de Mg en parte aérea; la dosis menor tuvo un efecto similar al resto de las dosis. El fertilizante fosfatado solo o combinado con el lodo no afectó la concentración de magnesio. Para el caso del Mn, Zn y Cu los comportamientos fueron similares observándose un claro aumento en el contenido de estos elementos con el agregado de lodo, con una pequeña diferencia a favor de los que tiene fertilizante fosfatado (4, 15, 16). La menor concentración evidenciada en el tratamiento testigo con P se explica de igual manera que para el caso del calcio. Gráfico 3: Contenido de nutrientes en parte aérea de lechuga poca incidencia salvo en el tratamiento sin lodo -testigo-. De acuerdo a las concentraciones de P encontradas en parte aérea, el aporte de 25 tn/ha de lodo, al parecer, es suficiente para satisfacer los requerimientos de la planta de lechuga en sus estados iniciales.

7 7 de 11 El contenido de Cu aumenta con la aplicación de lodo y de fertilizante; el testigo con fertilizante tiene un valor bajo por efecto de dilución. III 3 B.- Ryegrass En el Gráfico 4.pueden observarse como fue evolucionando las concentraciones de nutrientes en parte aérea de ryegrass con los distintos cortes. Los datos se presentan como promedio de los tratamientos con y sin P. El aporte de dosis crecientes de lodo aumentó la concentración de nitrógeno en la parte aérea del ryegrass. La concentración en el testigo sin aplicación de lodo se mantuvo relativamente alta debido al bajo consumo al tener una producción de materia seca significativamente menor y recibir una dosis de fertilización nitrogenada igual al resto. La aplicación de fósforo no afectó la concentración de nitrógeno, salvo en el primer corte en donde se tuvo en todos los casos un valor más alto. En el tercer corte, cuando no se suplementó con fertilizante nitrogenado, se

8 8 de 11 produjo una marcada disminución en el contenido de nitrógeno(11). Gráfico 4: Contenido de nutrientes en parte aérea de ryegrass. El contenido de fósforo en el segundo y tercer corte tendió a aumentar a medida que aumentó la dosis de aplicación de lodo y sin aporte de fósforo como fertilizante. Si se toman por separado con y sin fertilizante fosfatado se constató que este efecto era mucho menos marcado. La concentración de fósforo de las plantas que recibieron aporte de superfosfato triple de calcio tuvieron una concentración de fósforo mayor que aquellas que no tuvieron ese aporte; aún en los tratamientos con distintas dosis de lodo. Si no se toma en consideración la concentración de las plantas que desarrollaron sin el aporte de lodo (testigo), se observa que a mayor cantidad aplicada hay una mayor concentración de potasio en todos los cortes, siendo la diferencia más marcada en el primer corte (8). El contenido relativamente alto del testigo sin lodo puede deberse a un efecto de concentración como consecuencia de la escasa producción de materia seca. El aporte de fósforo no afectó mayormente el contenido de potasio, la diferencia registrada puede deberse a las diferencias en la extracción como resultado de las diferentes producciones de materia seca. Un dato relevante es la disminución de la concentración media de potasio con los sucesivos cortes. El contenido de Ca y Mn no fue afectado ni por la aplicación de lodo ni de superfosfato triple, tendiendo a disminuir a medida que avanzó el ensayo. Para el caso del magnesio aumenta levemente su contenido con la aplicación de lodo pero no con P y se mantuvo estable en los cortes sucesivos. El Cu y el Zn se comportaron de manera similar, aumentando los su concentración con la aplicación de lodo, no habiendo efecto por la aplicación de P y disminuyendo en su concentración a medida que avanzaron los cortes (8).

9 9 de 11 (*) Cationes intercambiables meq/100 g. Los resultados obtenidos muestran un aumento similar en el contenido de M.O. - materia orgánica- cuando se agregó lodo independientemente de la dosis empleada, no habiendo diferencia entre con y sin P. No ocurre lo mismo con la concentración de N, P y Mg ya que estas se incrementan significativamente a medida que se aumentó la dosis de lodo. Algo similar ocurre con el Ca sin P, pero en menor medida, ocurriendo lo contrario con P, esto se puede explicar por las mayores extracciones debido a los mayores rendimientos (6). Con el agregado de dosis crecientes de lodo se produjo una acidificación de la tierra; estando el ph de las dosis más altas cerca de la tolerancia de algunos cultivos (9). En cuanto a la concentración de K no se evidencian relaciones con el agregado de lodo. III 4.- Análisis de tierra posterior a la cosecha III 4 A.- Lechuga III 4 B.- Ryegrass Luego del 3er corte las muestras compuestas de los tratamientos arrojaron el siguiente resultado: Los resultados de los análisis de la tierra de todos los tratamientos se pueden ver en el siguiente cuadro:

10 10 de 11 Como puede observarse, el comportamiento del ph fue similar que para el caso de la lechuga, aunque en el raygrass se lograron mayores valores, esto se puede explicar por la mayor cantidad de riegos con agua de regular calidad que recibió este último. En cuanto a la M.O. se observa una tendencia a aumentar a medida que se incrementaron las dosis de lodo y se fertilizó con P. El N no tiene un patrón de comportamiento, pero hay que tener en cuenta que se realizaron tres fertilizaciones con este elemento. Al igual que el N, el K no presentó evidencias de relación con agregado de lodo o P. El P y Mg presentaron un comportamiento similar que en la lechuga, aumentando su contenido con las dosis de lodo y, el primero, con la fertilización. Para el caso del Ca no se evidenció relación alguna con el agregado de lodo o fertilizante. IV.- Conclusiones El residuo sólido del tratamiento de efluentes, lodo, constituye un buen material para ser utilizado como enmienda en la producción de lechuga. Se logra un buen desarrollo precoz, incluso mejor que con la aplicación de fertilizante fosfatado solo. Este incremento en el rendimiento se debe al efecto del aporte de materia orgánica (efecto físico-biológico) y además al suministro de nutrientes, en especial nitrógeno y fósforo. Esto se vió reflejado en la concentración de nutrientes en la parte aérea de la planta de lechuga, la cual aumentó en función de la cantidad de lodo dosificado. La aplicación de lodo como enmienda orgánica induce a un incremento en la producción de materia seca de ryegrass perenne. A medida que transcurren los cortes, se obtienen mayores incrementos en la producción de materia seca con las dosis más altas de lodo. El lodo no solo aporta nitrógeno y fósforo, sino también otros nutrientes que son aprovechados por el cultivo de ryegrass como lo demuestran los análisis de parte aérea. Si bien los resultados deben ser constatados a campo, la información obtenida en macetas permite inferir que con dosis de 25 a 50 tn/ha se pueden obtener buenos resultados en el corto plazo. Aunque, para el mediano plazo, se pueden esperar efectos residuales si tenemos en cuenta los resultados de los análisis de tierra posterior a la cosecha. En el caso de cultivos de ciclo largo, caso de pasturas, es conveniente aplicar dosis elevadas de lodo previo a la implantación del mismo. Esto último, al igual que para el caso de lechuga, debe ser convalidado con pruebas a campo. V.- Bibliografía consultada 1.- Anderson, M. S. Fertilizing characteristics of sewage sludge. Sewage and Industrial Wastes. 31(6): Canet, R.; F. Pomares; M. Estela y F. Tarazona. Efecto de los lodos de depuradora en la producción de hortalizas y las propiedades químicas del suelo. Invest. Agr. 11(1): Chaney, R.L.; J.B. Munns and H.M. Cathey. Effectiveness of digested sewage sludge compost in supplying nutrients for soilless potting media. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 105(4): Chang, A.C.; A.L. Page; J.E. Warneke and J.B. Johanson. Effects of sludge application on the Cd, Pb, and Zn levels of selected vegetable plantes. Hilgardia. 50(7) p. 5.- Epstein, E. Effect of sewage sludge on same soil phisical properties. J. Environ. Quality. 4(1):

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