EVALUACIÓN DEL COMPOSTAJE COMO TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE LA FRACCIÓN SÓLIDA DE PURÍN DE CERDO A NIVEL DE GRANJA

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1 EVALUACIÓN DEL COMPOSTAJE COMO TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE LA FRACCIÓN SÓLIDA DE PURÍN DE CERDO A NIVEL DE GRANJA José A. Sáez*, Rafael Clemente, Tania Pardo, Mª Pilar Bernal Departamento de Conservación de Suelos y Agua y Manejo de Residuos Orgánicos, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura-CSIC, Murcia. * jstovar@cebas.csic.es Resumen: El objetivo de este estudio se centró en el seguimiento y evaluación del compostaje como tecnología de tratamiento de la fracción sólida (FS) del purín de cerdo a nivel de granja, en una zona con alta carga ganadera y por tanto con una alta concentración en la producción de dicho residuo. Para ello se seleccionó una granja de cría (madres y lechones hasta 2 kg) que contaba entre sus instalaciones con un sistema de separación sólido-líquido de tipo tornillo-prensa, además se utilizaron dos materiales diferentes como agentes estructurantes: paja de cereal y residuo del desmote de algodón. Durante el proceso de compostaje, se monitoreó la temperatura y se estudió la evolución de algunos parámetros físico-químicos en las mezclas. Así, la pila con residuo de algodón presentó un mayor desarrollo de la temperatura y degradación de la materia orgánica. Al final del proceso se determinó la calidad agronómica del compost, así como sus propiedades físicas a fin de evaluar su posible uso alternativo como sustrato en jardinería. Palabras clave: compost, sustrato, residuo ganadero, lechones. 1. INTRODUCCIÓN Según datos publicados por el INE en 211, referentes al sector porcino, en la Región de Murcia para el periodo se observó un descenso del 39 % en el número de explotaciones registradas, a la vez que se dio un incremento del 4 % en el número total de cabezas de porcino. Esta evolución en los datos da idea de una tendencia hacia la intensificación y especialización del sector ganadero en Murcia, donde cada vez se encuentran explotaciones con mayor número de unidades ganaderas (UGM), que además se concentran especialmente en unas pocas áreas productivas. Así, por ejemplo, entre los municipios de Lorca (46 %) y Fuente Álamo (1 %) se concentran más de la mitad de las granjas de porcino presentes en toda la región, lo cual a su vez conlleva un grave riesgo ambiental y un problema para la correcta gestión de los residuos generados por dichas actividades. Así pues, aunque el almacenaje y posterior aplicación directa del purín de cerdo como abono o enmienda del suelo ha venido empleándose tradicionalmente en la agricultura de esta zona, ciertos limitantes, como son el hecho de que el ganadero pueda disponer de suficiente suelo agrario para aplicar el purín, unido a los límites de aplicación impuestos por la legislación (17 kg N/ha, en zonas vulnerables a la contaminación por nitratos), ponen de manifiesto la necesidad de evaluar tratamientos alternativos para la gestión del purín porcino. El compostaje se plantea como una alternativa de gestión agrícola, reduciendo su peso, volumen y microorganismos patógenos, permitiendo además minimizar los riesgos ambientales inherentes al almacenaje y aplicación directa del purín al suelo. La estabilidad biológica de los composts permite exportar, de forma segura, el excedente de nutrientes contenidos en los purines a zonas deficitarias. Además, en los últimos años ha surgido un nuevo e importante campo de aplicación para los compost, como es su utilización como componentes de sustratos para el cultivo sin suelo y en jardinería. En este trabajo se estudia el compostaje de la fracción sólida del purín de cerdo en condiciones reales de granja de porcino, la selección del agente estructurarte, la calidad del compost y sus posibles usos. 364 De Residuo a Recurso: Estrategias de Gestión, Tratamiento y Valorización

2 2. MATERIAL Y MÉTODOS El compostaje de la fracción solida de purín de cerdo se llevó a cabo en una granja de cría ( madres y 1 lechones de hasta 2 kg) localizada en Guazamara (Almerí, la cual está equipada con un separador sólido-líquido de tipo tornillo-prensa (separador mecánico sin floculantes). Se prepararon dos mezclas diferentes con la fracción sólida (FS) obtenida de dos maneras diferentes para dos ensayos de compostaje: obtención de FS en discontinuo y almacenamiento - el sistema tornillo-prensa funcionando varias horas al día, acumulación y almacenamiento durante un mes hasta la preparación de la pila de compostaje; obtención de FS en continuo - la fracción sólida se obtuvo con el sistema tornillo-prensa trabajando en continuo durante dos días y preparación de la pila al 3 er día. La primera pila de compostaje se preparó usando FS en discontinuo y paja de cereal como agente estructurante (relación 3:2 en peso, respectivamente); se colocó sobre una superficie sólida cercana al separador y se construyó en forma trapezoidal (4,8 m 3 ); el proceso de compostaje duró 17 días. Para la segunda pila se usó FS continua con residuo de desmote de algodón como agente estructurante (relación 3:1 en peso); la mezcla se preparó en forma trapezoidal pero con un tamaño mayor (19 m 3 ), y el compostaje tuvo una duración de 19 días. Tanto la formación de las pilas, como los volteos periódicos (3 y en las pilas 1 y 2, respectivamente) se realizaron con la maquinaria de la granja (Tractor: John Deere 34SDT). Durante el proceso se monitorizó la temperatura de las pilasen dos lugares (HOBO. Data Loggers) y periódicamente (cada 3 semanas) se tomaron muestras del material (6 y 8 en la pila 1 y 2, respectivamente) compuestas de submuestras de siete puntos representativos de la pila en toda la profundidad de la misma. Dichas muestras se homogeneizaron y se dividieron en 2 fracciones: una se utilizó en fresco para determinar la humedad y la concentración de N-NH 4+ ; otra parte se congeló, liofilizó y trituró para la determinación de los parámetros físico-químicos: ph, conductividad eléctrica (CE), materia orgánica (MO), carbono orgánico total (COT), N total (NT), N-NO 3-, carbono hidrosoluble, carbono extraíble (NaOH,1M), carbono de ácidos fúlvicos tras precipitación de los húmicos a ph<2 (C AH ), índice de germinación (Zuconi y col.,1981) y elementos minerales (AAS) tras mineralización de la muestra (HNO 3 /H 2 O 2 ) en digestor de microondas. Las propiedades físicas: índice granulométrico (IG), espacio poroso total (EPT), densidad aparente (DA), densidad real (DR), capacidad de retención hídrica (CRH), volumen de agua (V y contracción (CT) se midieron según el método descrito por la Norma UNE-EN 1341 (211). 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1. Evolución de la temperatura Como se puede ver en la Figura 1a, ambos ensayos mostraron diferencias en la evolución de la temperatura. En el primer ensayo la evolución de la temperatura al inicio fue muy lenta, por lo que se decidió incorporar purín fresco a la mezcla, en el segundo volteo (día 28), lo que provocó una rápida activación del proceso, alcanzando temperaturas termófilas (> ºC) durante al menos 1 días. Probablemente este desarrollo tan lento de la temperatura pudo ser debido a la degradación parcial de la materia orgánica más lábil contenida en la FS durante el mes de almacenamiento, como muestra el bajo contenido en C hidrosoluble de la FS almacenada (3,3 g kg -1 ) si lo comparamos con la FS más fresca (,4 g kg -1 ) utilizada en el segundo ensayo. La segunda pila mostró un rápido desarrollo de la temperatura, alcanzando valores termófilos durante la primera semana del proceso, que se mantuvieron durante días. Este rápido incremento de la temperatura indica una intensa actividad microbiana (Bernal y col., 29) que demuestra una mayor degradabilidad de la mezcla formada por la FS fresca y el De Residuo a Recurso: Estrategias de Gestión, Tratamiento y Valorización 36

3 residuo de algodón. Esto se debió al alto contenido en carbono hidrosoluble de la FS fresca y a las características que proporciona el uso del residuo de algodón como estructurante a la mezcla ya que mejora la aireación, a la vez que regula mejor el exceso de humedad de la fracción sólida y por tanto promueve un rápido establecimiento de la actividad microbiana (Iqbal y col., 21). Temperatura (ºC) ª Pila Ambiente 1º 2ª Pila Ambiente 2º Mineralización M.O. (%) b) 1ª Pila 2ª Pila Figura 1. Evolución de la temperatura ( y mineralización de la materia orgánica (b) en las dos pilas Evolución de los parámetros físico-químicos En cuanto a la evolución del ph, se encontraron pequeñas diferencias entre ambas pilas durante el proceso. Ambas partieron de valores iniciales ligeramente alcalinos de 8,2 y 7,9 para las mezclas del primer y segundo ensayo respectivamente. Al inicio del proceso en el segundo ensayo destaca un pequeño aumento en el ph que no se observó en el primer ensayo, mientras que hacia el final del proceso, cuando la temperatura bajó de los 4 ºC, en ambas pilas se observó un descenso progresivo del ph hasta valores finales más cercanos a la neutralidad, de 6, y 7, respectivamente. Este descenso en el ph durante las últimas etapas del compostaje ha sido atribuido en otros estudios al proceso de nitrificación microbiana (Nolan y col., 211). Asimismo, la mineralización del contenido en MO (Figura 1b) sigue un patrón similar en los dos ensayos, observándose los mayores valores de mineralización durante la fase bioxidativa, y estabilizándose en ambos compost hacia el final del proceso. El porcentaje de MO mineralizada fue mayor en el primer ensayo (6, %) que en el segundo (4,7 %).El COT disminuyó desde valores iniciales de 33 y 383 g kg -1 en el primer y segundo ensayo, a valores de 2 y 26 g kg -1 respectivamente, y mostro un descenso mayor y más progresivo en el segundo ensayo. Pero quizás lo más remarcable en cuanto a la evolución de la MO fue el mayor contenido en C AH del segundo compost (1,8 %) respecto al primero (1,3 %) que indica un mejor proceso de humificación. En la Figura 2, se representa la evolución de las formas del nitrógeno. Se pueden observar diferencias entre ambos ensayos. Así, al inicio del proceso en el primer ensayo destaca un rápido descenso del contenido de N-NH 4+, lo cual puede indicar pérdidas por volatilización como amoniaco, con la consiguiente pérdida del valor agronómico en el producto final. Mientras, en el segundo ensayo se observa un pequeño incremento del contenido de N-NH 4+, probablemente debido a la intensa actividad microbiana y degradación de la MO durante esta etapa, que lleva a la amonificación de parte del nitrógeno orgánico, con el consecuente incremento de ph antes comentado. En la última fase del proceso, en la pila 2 se observa un incremento en el contenido de NT, debido al efecto de concentración por la pérdida de masa en la mezcla, que no se observó sin embargo en la primera pila. Respecto a N-NO 3-, se observa al final del ensayo que en la pila 1 la práctica totalidad del nitrógeno inorgánico se encuentra en dicha forma, lo que indica que proceso de nitrificación sucedió correctamente. Sin embargo, en la pila 2 este 366 De Residuo a Recurso: Estrategias de Gestión, Tratamiento y Valorización

4 2 + proceso de nitrificación no fue completo, manteniendo una concentración de N-NH 4 elevada, por lo que probablemente sería necesario un tiempo más prolongado de maduración con un mayor contenido en humedad (>4 %). N-Inorgánico (mg kg NO 3 - -N NH 4 + -N N-Inorg TN b) NO 3 - -N NH 4 + -N N-Inorg TN b) Características 1 de los compost maduros Figura 2. Evolución de las formas de nitrógeno durante el compostaje en la pila 1 ( y 2 (b). 8 Las propiedades físicas de un compost 1 se consideran tan importantes como las biológi- 6 cas o químicas cuando se quiere usar en la formulación de sustratos en un cultivo sin suelo. 1 4 Los resultados obtenidos en los composts indican que los dos podrían usarse como sustrato, 2 pues cumplen en la mayoría de los parámetros (Tabla 1) con los límites de lo que se consideraría un sustrato óptimo, pero el uso de residuo de desmotado del algodón proporcionó características más Tiempo adecuadas compostaje (días) al producto final. Así, el compost preparado con paja de cereal presentó algunas desventajas como son el alto valor de índice granulométrico, que unido a la baja capacidad retención hídrica (CRH), podrían llegar a provocar problemas en el desarrollo de las raíces y necesitar mayor frecuencia de riego. Tabla 1. Propiedades físicas del material final comparadas con los valores deseables para un sustrato. Compost 1 FS+Paja cereal Sustrato ideal (Abad y col., 21) Compost 2 FS+R. algodón Índice Granulométrico (%) 62, , Espacio Poroso Total (% vol) 83,9 >8 81,8 Densidad Aparente (g cm -3 ),29,4,32 Volumen de aire (% vol) 38, ,4 Contracción (% vol) 8,8 < 3 16 Capacidad Retención Hídrica (ml L -1 ) Volumen de agua (% vol) 4, - 8, Densidad Real (g cm -3 ) 1,83-1,77 Los compost maduros de las pilas 1 y 2 muestran un correcto valor de ph para cultivos (6, y 7,); un alto contenido en MO (4,4 y 8,8 %), la cual puede mejorar la fertilidad del suelo; un alto contenido en NT (26, y 28,1 g kg -1 ) del cual el N-inorgánico se encuentra principalmente en forma de N-NO 3- (466 y 437 mg kg -1 ); un buen grado de madurez, si atendemos a algunos parámetros como su contenido en C AH, el valor de su capacidad de cambio catiónico (1 y 9,7 meq/1g MO), y los altos valores del índice de germinación (87, y 8,2 %), que nos indican ausencia de efectos fitotóxicos. Además, en general el valor de concentración para metales pesados (Cd, Pb, Ni, Cr) está dentro de los límites establecidos De Residuo a Recurso: Estrategias de Gestión, Tratamiento y Valorización 367

5 para la clase A por la legislación (RD 6/213) excepto para Zn (44 y 4 mg kg -1 ) y Cu (4 mg kg -1 en ambos compost; clase C), debido al uso de la FS proveniente del purín de lechones muy alto en Zn, lo cual disminuye la calidad del producto final y limita su utilización. 4. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos muestran que el compostaje puede ser una tecnología interesante para tratar la fracción solida del purín de cerdo con la infraestructura disponible en una granja. El proceso mejora con el uso de una FS recolectada en fresco y además con el residuo de algodón como estructurante. El producto final obtenido es maduro, estable y con alto valor agronómico. Además podría tener un uso alternativo como componente de sustrato, que sería necesario evaluar. Se recomienda evitar la entrada de purín de lechones en la fracción sólida a compostar debido a su alto contenido en Zn que limita la calidad del compost.. BIBLIOGRAFÍA Bernal M.P., Alburquerque J.A., Moral R., 29. Composting of animal manure and chemical criteria for compost maturity assessment. A review. Bioresource Technol. 1, Iqbal M.K., Shafiq T., Ahmed K., 21. Characterization of bulking agents and its effects on physical properties of compost. Bioresource Technol. 11, Instituto Nacional de Estadística (INE), 211, datos publicados del Censo Agrario jaxi/menu.do?type=pcaxis&path=/t1/p42/e1&file=inebase (fecha de consulta: 3/11/29). Nolan T., Troy S.M., Healy M.G., Kwapinski W., Lawlor P.G., 211. Characterization of compost produced from separated pig manure and variety of bulking agents at low initial C/N ratios. Bioresource Technol. 12, Agradecimientos: Este trabajo ha sido realizado en el marco del proyecto LIFE+ Manev (LIFE9 ENV/ ES/43). 368 De Residuo a Recurso: Estrategias de Gestión, Tratamiento y Valorización