LOMBRICOMPOSTAJE DE LODOS DESHIDRATADOS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS.

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1 RESUMEN LOMBRICOMPOSTAJE DE LODOS DESHIDRATADOS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS. Juan Reyes Delgado Gamboa 1 Ricardo Velasco Carrillo 1 Roberto de Jesús Álvarez Echavarría 1 Carolina Gabriela Goldaracena Islas 1 Luís Gregorio Becerra Turrubiartes 1 La importancia creciente de la producción de lodos, procedentes de la depuración de aguas residuales o urbanas plantea serios problemas para su almacenamiento y, sobre todo, para su eliminación. El propósito de este trabajo fue estabilizar los lodos deshidratados de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas mediante lombricompostaje, usando la lombriz Eisenia foetida. Se obtuvo lodo de una planta de tratamiento de aguas residuales de la localidad de Altamira, que genera 1 m 3 de lodo residual mensualmente, el cual es deshidratado en lechos de secado. Se realizaron mezclas de lodos deshidratados con estiércol bovino en diferentes proporciones en base a volumen para generar 6 tratamientos (t 1 :100% lodo residual deshidratado, t 2 : 80% lodo + 20% estiércol bovino, t 3 : 60% lodo + 40% estiércol bovino, t 4 : 40% lodo + 60 % estiércol bovino, t 5: 20% lodo + 80 % estiércol bovino y t 6 : 100% estiércol bovino ). Se estableció el experimento en un diseño completamente aleatorizado con cuatro repeticiones, considerando medios tanques de 200 l de PVC (cortados longitudinalmente) como unidad experimental (u.e), a todas las unidades experimentales se les agrego 50 dm 3 de la mezcla respectiva y 3 dm 3 de aserrín para evitar la compactación. Se tomo una muestra compuesta de los sustratos de cada uno de los tratamientos para el análisis fisicoquímico y microbiológico al inicio del experimento y se agrego agua hasta capacidad de campo, registrándose la temperatura de cada u.e hasta la estabilización y se procedió a la siembra con 300 g de lombriz por unidad experimental, agregando agua conforme se requería, volteando el sustrato 2 veces por semana, hasta completar 100 días. Se tomaron muestras de la lombricomposta producida para conocer sus características microbiológicas y fisicoquímicas, los cuales fueron comparados con la NOM-004-SEMARNAT-2002, y con el proyecto de norma mexicana NMX- FF-109-SCFI-2007 para humus de lombriz. Se encontró significancia para rendimiento de lombriz y número de huevecillos presentes y la prueba de Tukey ( =0.05) indico que los mejores tratamientos son t 3 y t 4. Las pruebas de t para comparación de medias apareadas para propiedades fisicoquímicas (antes y después de la vermiestabilización) son significativas para ph, CE, MO y DA. La calidad microbiológica alcanzada por la vermicomposta es la de un biosólido de tipo A para uso no restringido, libre de coliformes fecales y de huevos de helminto. Presenta un alto contenido de materia orgánica (38.45 %), valores de ph aceptables para la mayoría de los cultivos y Capacidad de Intercambio Catiónico elevada (63.04 meq/100g). PALABRAS CLAVE: Lombriz, Biosólidos, Vermicomposta, Coliformes. INTRODUCCIÓN Los biosólidos (BS) son lodos residuales estabilizados obtenidos como subproducto del tratamiento de agua en las zonas urbanas. La importancia creciente de la producción de lodos, 1 ITA, Instituto Tecnológico de Altamira. Carretera Tampico Mante km 24.5, Altamira, Tamaulipas.

2 procedentes de la depuración de aguas residuales o urbanas plantea serios problemas para su almacenamiento y, sobre todo, para su eliminación. La generación de lodos residuales se ha incrementado en los últimos 10 años, en México se generan aproximadamente 170 m 3 /s de agua residual, y existía una producción superior a las 473,000 ton/año de biosólidos en base seca hasta diciembre de 2003, haciendo más difícil encontrar sitios para almacenar estos materiales (CNA, 2003). El 61% de los lodos se dispone en rellenos sanitarios, 21% es dispuesto inadecuadamente a cielo abierto, y sólo un pequeño porcentaje (18%) es dispuesto en terrenos agrícolas (Cardoso, 2002). Los lodos tienen alto potencial de aprovechamiento agrícola debido al alto 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). Se ha demostrado una disminución drástica de los parámetros microbiológicos (Salmonella y Shiguella), y una mejora en los físico-químicos, cuando las excretas pasan por el tracto digestivo de las lombrices de tierra (Reinés et al., 2005). El proceso de lombricompostaje facilita su disposición final 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). Los primeros estudios acerca de la conversión de lodos a vermicomposta fueron llevados a cabo inicialmente por (Mitchel, et al., 1977). En México, las especificaciones técnicas para el aprovechamiento de lodos residuales y biosólidos están contempladas en la Norma Oficial Mexicana NOM-004 (SEMARNAT, 2002). Esta investigación tiene por objetivo remediar los lodos deshidratados de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas mediante lombricompostaje. Para esto se verificará que los lodos vermiestabilizados cumplan las especificaciones de calidad que marca la normatividad mexicana en materia ambiental. MATERIALES Y MÉTODOS Se seleccionó una planta de tratamiento del Municipio de Altamira, con un caudal de 5 lps y generación de lodos constante. El proceso de tratamiento del agua residual es biológico secundario mediante lodos activados por aireación extendida. La deshidratación de lodos se hace en lechos de secado con medio filtrante de arena y grava graduada a cielo abierto, en donde se producen lodos de menos de 90 % de humedad (Figura 1). Figura 1. Lecho de secado de lodo residual de la planta de tratamientodel Municipio de Altamira. Se elaboraron mezclas de lodo residual y estiércol seco de bovino en diferentes proporciones en base a volumen para generar 6 tratamientos:

3 T 1 = 100 % lodo residual deshidratado T 2 = 80 % lodo + 20 % estiércol bovino T 3 = 60 % lodo + 40 % estiércol bovino T 4 = 40 % lodo + 60 % estiércol bovino T 5 = 20 % lodo + 80 % estiércol bovino T 6 = 100 % estiércol bovino (Testigo) Se estableció el experimento, considerando medios tanques de 200 l de PVC cortados longitudinalmente, como unidad experimental (u.e). A todas las unidades experimentales se les agrego 50 dm 3 de la mezcla respectiva y 3 dm 3 de aserrín para evitar la compactación. Se tomo una muestra compuesta de los sustratos de cada uno de los tratamientos para el análisis fisicoquímico y microbiológico al inicio del experimento y se agrego agua hasta capacidad de campo (C.C), registrándose la temperatura de cada u. e. hasta la estabilización y se procedió a la siembra con 300/g de lombriz por unidad experimental. Se adicionó agua conforme se requería, volteando el sustrato 2 veces por semana, hasta completar 100 días. Para contabilizar el número de huevecillos presentes por unidad experimental se tomó una muestra de 1 dm 3 de sustrato previamente mezclado. Para determinar el rendimiento de lombriz se cribó todo el sustrato de las unidades experimentales y se pesó la lombriz Se evaluaron características microbiológicas y fisicoquímicas. Análisis estadístico Se estableció el experimento en un diseño completamente aleatorizado con cuatro repeticiones. Se realizaron análisis de varianza y comparaciones múltiples de medias mediante la prueba de (Tukey, p 0.05) para obtener la mejor mezcla. RESULTADOS Los resultados obtenidos del número de huevecillos presentes en una muestra de 1dm 3 de sustrato por unidad experimental se presentan en el Cuadro 1. En él se observa que el tratamiento 6 (100 % estiércol bovino sin lodo residual no tuvieron huevecillos debido a que la lombriz no logro sobrevivir en ese tratamiento probablemente a que el ph promedio de 7.91 al inicio del experimento fue muy elevado como se observa en la Figura 2, a pesar de que bajo ligeramente al final del experimento. Cuadro 1. Número de huevecillos por muestra de cada unidad experimental Repeticiones T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 R R R R T 1 = 100% lodo residual deshidratado T 2 = 80% lodo + 20% estiércol bovino T 3 = 60% lodo + 40% estiércol bovino T 4 = 40% lodo + 60 % estiércol bovino T 5 = 20% lodo + 80 % estiércol bovino T 6 = 100% estiércol bovino (Testigo).

4 Figura 2. ph promedio de los sustratos antes y después de la vermiestabilización. El análisis de varianza para número de huevecillos, mostró efecto altamente significativo (α = 0.01) y por comparaciones múltiples de medias se obtiene que los mejores tratamientos son los 3 y 4 (60 % lodo + 40 % estiércol bovino y 40 % lodo + 60 % estiércol bovino, respectivamente). Los resultados obtenidos del rendimiento de lombriz por unidad experimental se presentan en el Cuadro 2. En él se observa que el tratamiento 6 (100 % estiércol bovino sin lodo residual son los que muestran el rendimiento más bajo debido a que la lombriz no logro adaptarse a ese tratamiento probablemente a que el ph promedio de 7.91 al inicio del experimento fue muy elevado como se observa en la Figura 2, a pesar de que bajo ligeramente al final del experimento. Aunado a la cantidad tan elevada de sales como se observa en el Cuadro 3 para ese mismo tratamiento. Cuadro 2. Rendimiento de lombriz por unidad experimental (g). Repeticiones T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 R R R R T 1 = 100% lodo residual deshidratado T 2 = 80% lodo + 20% estiércol bovino T 3 = 60% lodo + 40% estiércol bovino T 4 = 40% lodo + 60 % estiércol bovino T 5 = 20% lodo + 80 % estiércol bovino T 6 = 100% estiércol bovino (Testigo). Cuadro 3. Conductividad eléctrica promedio de los sustratos antes y después de la vermiestabilización. Tratamientos CE Promedio al Inicio CE Promedio al final T T T T T T

5 T 1 = 100% lodo residual deshidratado T 2 = 80% lodo + 20% estiércol bovino T 3 = 60% lodo + 40% estiércol bovino T 4 = 40% lodo + 60 % estiércol bovino T 5 = 20% lodo + 80 % estiércol bovino T 6 = 100% estiércol bovino (Testigo). El análisis de varianza para rendimiento de lombriz, mostró efecto altamente significativo (α = 0.01) y por comparaciones múltiples de medias se obtiene que los mejores tratamientos son los 4 y 3 (40 % lodo + 60 % estiércol bovino y 60 % lodo + 40 % estiércol bovino), respectivamente. Calidad agronómica de la vermicomposta Considerando que el proceso de vermiestabilización ya terminó y partiendo de la afirmación que hacen Castrejón et al. (2003) de que los lodos residuales municipales no son residuos peligrosos en base a los resultados del análisis CRETIB, podemos hacer un análisis de factibilidad de uso agronómico a reserva de realizar este análisis al tratamiento con mayor porcentaje de lodo residual. De acuerdo a los valores de ph obtenidos, como se observa en la Figura 2, la mayor parte de los sustratos analizados se encuentran dentro de un rango de 6.17 a 7.64, esto significa que los lodos aplicados en los suelos no van a provocar problemas en la disponibilidad de la mayoría de minerales y están dentro del promedio de los suelos de la región. El Nathional Plant Institute (1992) manifiesta que el humus de lombriz, aunque se agregue en dosis excesivas, no quema ninguna planta, ni siquiera la más tierna; anotado que una sustancia cuando tiene ph 7, es considerada neutra, concluyendo que el valor de este producto es óptimo. La conductividad eléctrica del tratamiento más prometedor es de 3.68 mmhos/cm, los ubica como ligeramente salinos, donde los rendimientos de los cultivos muy sensibles podrían ser afectados. Cuadro 4. Contenido de Materia Orgánica antes y después de la vermiestabilización de las mezclas. TRATAMIENTOS MO Inicio T T T T T T T 1 = 100% lodo residual deshidratado T 2 = 80% lodo + 20% estiércol bovino T 3 = 60% lodo + 40% estiércol bovino T 4 = 40% lodo + 60 % estiércol bovino T 5 = 20% lodo + 80 % estiércol bovino T 6 = 100% estiércol bovino (Testigo). Todos los tratamientos presentan un alto contenido de materia orgánica como se observa en el Cuadro 4, por encima de las especificaciones del humus de lombriz que señala el proyecto de NMX-FF-109-SCFI- de los microorganismos nativos del suelo, inducir a una correcta mineralización de los nutrimentos del lodo. Lo que representa uno de los aportes benéficos más apreciables del uso de estos lodos residuales en los suelos agrícolas, al contrarrestar los efectos nocivos de la salinidad, incrementar la actividad lodo que van a quedar disponibles a los cultivos, mejorar algunas características físicas de los suelos como la retención de humedad. MO Final

6 Además la MO controla la toxicidad de los metales pesados, formando quelatos, estos compuestos formados son estables y el exceso de los metales de ser elementos tóxicos se constituyen en una fuente de energía potencial. Las comparaciones de medias apareadas para algunas propiedades fisicoquímicas (antes y después de la vermiestabilización), se resumen en el Cuadro 5, se observa significancia para todas, indicando que al pasar el material orgánico por el tracto digestivo de la lombriz las propiedades agronómicas de los sustratos se mejoran y al observar estos parámetros en el Cuadro 6, los tratamientos más prometedores (T 3 y T 4 ) tienen valores muy buenos desde el punto de vista agronómico. Cuadro 5. Pruebas de t para comparación de medias apareadas para propiedades fisicoquímicas. (Antes y después). Parámetro P(T<=t) Decisión ph Significativa C.E Significativa M.O Significativa D.a Significativa ph= potencial de iones hidrogeno C.E.= Conductividad eléctrica M.O.= Materia Orgánica D.a.= Densidad aparente Para observar el efecto de la vermiestabilización sobre las coliformes totales se realizo la prueba de t para comparaciones de medias apareadas (antes y después de la vermiestabilización), encontrándose significancia como se observa en el Cuadro 7 indicando que las propiedades microbiológicas se mejoran con la vermiestabilización. Cuadro 6. Propiedades Fisicoquímicas de los tratamientos prometedores. Tratamiento ph Conductividad (mmhos) Nitrógeno Total (%) Materia Orgánica (%) Cu (ppm) C.I.C. (meq/100g) D.a. (g/m l) T T T 3 = 60% lodo + 40% estiércol bovino T 4 = 40% lodo + 60 % estiércol bovino.

7 Cuadro 7. Pruebas de t para comparación de medias apareadas para coliformes fecales en base seca. (Antes y después de la vermiestabilización). Parámetro P(T<=t) Decisión C. Fecales (NMP/g) 0.03 Significativa NMP = Número Más Probable En las Figuras 3 y 4 se observa el efecto de la vermiestabilización sobre las coliformes totales en los tratamientos prometedores (T 3 y T 4 ), indicando que no existe al menos en este parámetro de coliformes totales, restricción para ser utilizado en la agricultura y se clasifican en clase A en base a la NOM-004-SEMARNAT NMP/g = Número Más Probable por gramo de sustrato. Figura 3. Coliformes fecales en base seca antes y después de la vermiestabilización en el tratamiento 3 (60 % lodo + 40 % estiércol bovino). NMP/g = Número Más Probable por gramo de sustrato. Figura 4. Coliformes fecales en base seca antes y después de la vermiestabilización en el tratamiento 4 (40 % lodo + 60 % estiércol bovino).

8 CONCLUSIONES Del análisis de los resultados obtenidos en el estudio, se pueden anotar las siguientes conclusiones: Se encontró efecto altamente significativo (α = 0.01) para número de huevecillos y los mejores tratamientos son los 3 y 4 (60 % lodo + 40 % estiércol bovino y 40 % lodo + 60 % estiércol bovino, respectivamente). Se encontró efecto altamente significativo (α = 0.01) para rendimiento de lombriz, y se obtiene que los mejores tratamientos son los 4 y 3 (40 % lodo + 60 % estiércol bovino y 60 % lodo + 40 % estiércol bovino, respectivamente). Los valores de ph obtenidos en los tratamientos más prometedores (T 3 y T 4 ) de 6.63 y 6.71 respectivamente son aceptables para la mayoría de los cultivos. Los valores de conductividad eléctrica en los tratamientos más prometedores (T 3 y T 4 ) de 3.42 y 4.92 respectivamente, ligeramente salinos se recomiendan para algunos cultivos con precaución. Los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos se ven afectadas favorablemente al pasar el sustrato por el tracto de la lombriz. Los mejores tratamientos, T3 y T4 considerados como prometedores, presentan parámetros físico químicos aceptables de acuerdo al proyecto NMX-FF-109-SCFI-2007, que le confieren una buena calidad agronómica. Los mejores tratamientos, T3 y T4 considerados como prometedores, presentan el parámetro de coliformes fecales aceptables y lo clasifica como un biosólido tipo A para uso no restringido, de acuerdo a la NOM-004- SEMARNAT- 2002, libre de coliformes fecales y de huevos de helminto. LITERATURA CITADA Cardoso, V. L Sistema de vermiestabilización para plantas de tratamiento municipal Memorias del XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México. Castrejón, J. A. Barrios, B. Jiménez, C. Maya, A. Rodríguez y A. González. (2003). Evaluación de la calidad de lodos residuales de México. Instituto de Ingeniería. Grupo de Tratamiento y Reuso. Universidad Nacional Autónoma de México. México, D. F. Comisión Nacional del Agua (CNA), http// Fair, G. M y J. C. Geyer Purificación de aguas, Tratamiento y remoción de aguas residuales. Volumen II. México. PROYECTO DE NORMA MEXICANA NMX-FF-109-SCFI Humus de lombriz (Lombricomposta). Especificaciones y métodos de prueba. Diario Oficial de la Federación.20 de marzo de Metcal y Eddy (1996). Tratamiento vertido y reutilización de aguas residuales. Ed. McGraw Hill Mitchell, M. J., R. M. Mulligan, R. Hartenstein and E. F. Neuhauser, Conversion of sludges in topsoil by earthworms, Compost Science 18(4): Reines, M., C. Rodríguez, O. Carrillo, A. Loza y S. Contreras Nuevos avances en la biotecnología de la lombricultura. Facultad de Biología Universidad de la Habana y Centro

9 Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad de Guadalajara. Rojas, M, N. Cabirol, C. L. Ortega, S. Castro, P. Lourdes y A. Loyola 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. SEMARNAT Norma Oficial Mexicana NOM-004. Protección ambiental. Lodos y biosólidos. Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Diario Oficial de la Federación. 15 de Agosto de 2003.