TRATAMIENTO DE LODOS RESIDUALES MUNICIPALES CON UN PROCESO AEROBIO-TERMOFÍLICO Socorro López Armenta, Esperanza Ramírez Camperos, Lina Cardoso Vigueros, Petia Mijaylova Nacheva, Gabriela Moeller Chávez Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Paseo Cuauhnahuac 8532, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos, México, C.P. 62500, Teléfono y número de fax: (73) 19-43-66. E-mail:eramirez @ chac. imta. mx

Palabras clave: Lodos residuales,

composteo, helminto.

coliformes fecales, huevos de

RESUMEN Se estima que en México, se generan aproximadamente 170 m3/s de agua residual, de la cual sólo se trata un 25%, por medio de 684 plantas de tratamiento con una capacidad de 43 m3/s .Estos sistemas de tratamiento generan una cantidad variable de lodos residuales que contienen compuestos nocivos como microorganismos patógenos, tóxicos orgánicos e inorgánicos, que hacen difícil y costoso el tratamiento de lodos. Los tratamientos de lodos que combinan la biodegradación y altas temperaturas, como es el composteo, son los más adecuados para la remoción de patógenos. El objetivo del trabajo fue obtener un producto estable, con calidad agrosanitaria para poder ser utilizado como mejorador de suelos agrícolas. El lodo utilizado para el composteo en pila estática provenía de una planta de tratamiento de aguas residuales municipales con proceso de lodos activados, que después del espesamiento y sin estabilización se deshidrataba en un filtro prensa. La mezcla en composteo (lodo residual-pasto-viruta de madera-cáscara de coco) fue de 21.5 ton., La mezcla utilizada para el composteo mantuvo la temperatura termofílica (45 a 48ºC) durante 20 días. El contenido de materia orgánica en la composta fue de 40.33%, similar a la de otros abonos orgánicos. El contenido de nutrimentos fue de 1% de nitrógeno, 0.08% de fósforo, 0.53% de potasio, 1.82% Ca y 0.67% de Mg. Hubo una reducción de metales pesados en la composta, las cuales fueron de 1 al 20% para el Co, Cr, Ni y Zn. El Mn, Cd y Hg con reducciones entre 30 y 40%. El plomo con reducción de 6.5% y el Fe tuvo un incremento de 4.2%. En el lodo crudo se presentaron altas concentraciones de cloroformo y tetracloruro de carbono los cuales fueron removidos completamente durante el proceso. La reducción de microorganismos patógenos se analizó por medio de la concentración de coliformes fecales y huevos de helminto. Al final de la etapa termofílica, se tuvo una reducción del 99.8% de coliformes fecales. y al final de la etapa de curado la reducción fue del 100%. Las especies de huevos de helminto que persistieron en la composta fueron: Ascaris sp y Trichuris sp,, por lo tanto la composta requiere un proceso de esterilización adicional para usarse sin restricciones en la agricultura.

INTRODUCCIÓN En México, se generan aproximadamente 170 m3/s de agua residual. En 1995, se contaba con 684 plantas de tratamiento con una capacidad instalada de 43 m3/s, de esta forma sólo se trata 25% del agua residual. Los sistemas de tratamiento generan una cantidad variable de lodos residuales que son los sólidos contenidos en las aguas residuales y que por diversos procesos deben separse de ésta. El problema de la contaminación con la fracción sólida es grave ya que contienen compuestos nocivos como microorganismos patógenos, tóxicos orgánicos e inorgánicos, que hacen difícil y costoso su manejo, tratamiento y disposición. La composición y el contenido de los sólidos de los lodos está en función de las características de las aguas residuales crudas y del proceso de tratamiento que los genere. Se estima que de los costos totales de operación de una planta de tratamiento de aguas residuales, aproximadamente el 50% corresponde a los costos del tratamiento, manejo y disposición de los lodos(WEF,1993). Entre la gran variedad de sistemas de tratamiento y disposición de lodos, el uso de este desecho como acondicionador de suelos, ofrece muchas ventajas socio-económicas. Para garantizar un adecuado manejo del lodo, las sustancias tóxicas y los microorganismnos patógenos deben reducirse al mínimo. Los tratamientos de lodos que combinan la biodegradación y altas temperaturas, como es el composteo, pueden alcanzar una calidad adecuada para este fin. El objetivo del trabajo fue evaluar la remoción de contaminantes por medio del proceso de composteo y obtener un producto estable, con calidad agrosanitaria para poder ser utilizado como mejorador de suelos agrícolas.

MATERIALES Y MÉTODOS El lodo utilizado para el composteo en pila estática provenía de una planta de tratamiento de aguas residuales municipales con proceso de lodos activados, que después del espesamiento y sin estabilización se deshidrataba en un filtro prensa. La mezcla en composteo fue de 21.5 ton., con 60% de lodo residual, 24% de pasto de campos de golf, 8% de viruta de madera y 8% de cáscara de coco, ver foto 1. El suministro de aire se hizo en forma intermitente por medio de un ventilador centrífugo 0.5 HP y un difusor plástico de 4" de diámetro, colocado en la parte inferior de la pila, dispuesta sobre una cama de grava. Los ciclos de aeración se establecieron tomando en cuenta la temperatura que alcanzara el proceso, para lo cual se utilizó un reloj programable, que prendía o apagaba el ventilador. La etapa termofílica tuvo una duración de 25 días, después la mezcla se llevó a una etapa de estabilización final durante 40 días.

FOTO 1. PILA ESTÁTICA EN COMPOSTEO.

Durante el proceso se realizó el monitoreo continuo de temperatura por medio de termopares, humedad, SSV, y micoorganismos patógenos. También se realizó la caracterización físico-química y microbiológica del lodo crudo y la composta obtenida. Los parámetros que se caracterizaron fueron : pH, ST, SV, DQO, DBO, NTK, NH3-N, NO2N, NO3-N, Ptotal , Cloruros, Sulfatos, potasio, calcio, magnesio, sodio, cromo, fierro, cobalto, niquel, manganeso, plomo, mercurio, zinc y Coliformes Totales (APHA ,1992), así como, Huevos de Helmintos ( IMTA CAMB6-08). También se realizaron pruebas CRETIB, al lodo y a la composta. La normatividad mexicana considera al lodo un residuo peligroso, por lo que debe someterse a estas pruebas (Corrosividad, Reactividad, Explosividad, Toxicidad Inflamabilidad y Biológico-infeccioso). Estos análisis se hicieron de acuerdo a las NOM-052, ECOL/93 y NOMCRP-002-ECOL/93.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización físicoquímica del lodo y materiales acondicionadores. Se realizó la caracterización de cada uno de estos materiales y los resultados de ésta aparecen en la tabla 1.

TABLA 1 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL LODO Y MATERIALES ACONDICIONADORES . PARAMETRO

LODO RESIDUAL

CASCARA DE COCO

VIRUTA DE MADERA

PASTO

DENSIDAD Ton/m3

1.02

0.55

0.1

0.45

ST(%)

20-30

90

90

60

SV(%)

30-55

20

70

80

HUMEDAD(%)

70-80

10

10

40

NTK (%)

1.2

--

--

--

M.O. (%)

32-54

--

--

--

21.5

--

--

--

C:N

La caracterización del lodo, muestra que el porcentaje de humedad de los lodos crudos es de 70 a 80% y los sólidos totales de 20 a 30% que son valores adecuados para este proceso. El porcentaje de sólidos requerido en la mezcla fue de un 35 - 40%, lo cual se consiguió al agregar los materiales acondicionadores. La viruta de madera presentó un porcentaje de sólidos totales del 90%, el pasto de 60% y la cáscara de coco del 90% al momento de ser analizada. Los porcentajes de sólidos totales pueden variar considerablemente con las condiciones ambientales y siempre hay que analizarlos en el momento de realizar el composteo. Los sólidos volátiles, factor importante para garantizar la energía suficiente para elevar la temperatura en el composteo, varían de 30-55% en el lodo crudo, el cual es inferior al esperado para un lodo crudo de aguas residuales municipales, que generalmente tienen una concentración de SV es de 70 a 80%. Para los materiales acondicionadores, pasto y viruta de madera, son de 80 y 70% respectivamente, y para la cáscara de coco de sólo un 20%. El contenido de nitrógeno y el porcentaje de materia orgánica contenida en el lodo, es adecuado para ser usado como abono orgánico.

Construcción de la pila estática. La pila estática piloto fue de 50 m3 y se utilizaron los siguientes materiales para la mezcla: lodo residual, pasto, viruta de madera y cáscara de coco triturada. Las proporciones de los materiales utilizados en la pila estática aparecen en la tabla 2.

TABLA 2

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES UTILIZADOS PARA LA PILA ESTÁTICA.

MATERIAL

DENSIDAD Ton/m3

%ST

CANTIDAD Ton

MATERIAL SECO Ton

LODO

0.8

30

15

4.5

PASTO

0.45

40.8

4

1.63

0.1

38

1.65

0.627

CASCARA DE COCO

0.55

33

1.0

0.33

MEZCLA

0.67

0.327

21.65

7.087

VIRUTA DE MADERA

Al realizar el montaje de la pila los materiales acondicionadores se encontraban húmedos por las frecuentes lluvias y la mezcla en composteo tuvo un porcentaje de sólidos de 33%, un poco inferior a la recomendada para este proceso que es del 40% (EPA, 1985).

Monitoreo del sistema. - Etapa termofílica. Esta etapa tuvo una duración de 25 días. La inyección de aire a las pilas se hizo en forma intermitente con ciclos de aeración de 20 minutos por hora. El monitoreo de las temperaturas se hizo por medio de 8 termopares colocados en diferentes partes de la pila como se muestra en la lámina 1. En la parte superior se colocó el termopar 1 a 100 cm de altura de la base de la pila; el termopar número 4, se encuentra a 110 cm de la base de la pila. En la parte media de la pila se colocaron los termopares 7,5,4 y 2 a 87 cm, 75 cm y 65 cm de la base de la pila respectivamente. En la parte inferior se colocaron los termopares 3 y 6 a una altura de 25 y 12 cm respectivamente

LÁMINA 1. ESQUEMA DE LOCALIZACIÓN DE TERMOPARES EN LA PILA.

La lámina 2 muestra la evolución de las temperaturas de cada termopar durante esta etapa. Los termopares 1 y 8

colocados en la parte superior de la pila, mostraron que la pila desde los primeros días se mantuvo en rango termofílico. El termopar 8, colocado en el centro de la pila, indicó que la temperatura se mantuvo en rango termofílico (50-60°C) durante los 25 días de esta etapa. El termopar 1, colocado en la parte superior pero en el extremo de la pila, indicó una temperatura termofílica durante los primeros 5 días. A partir de este momento la temperatura descendió hasta 45°C, y permaneció en este rango hasta el final de la etapa termofílica. Los termopares 7,5,4 y 2 colocados en la parte media de la pila, indicaron una temperatura más o menos constante durante todo el proceso con variaciones entre 45 y 55°C, alcanzando también el rango termofílico. Los termopares 3 y 6 colocados en la parte inferior de la pila son los que registraron menores temperaturas entre 35 y 45°C durante todo el período de composteo.

LÁMINA 2 TEMPERATURAS ALCANZADAS EN EL SISTEMA DE COMPOSTEO EN DIFERENTES PUNTOS DE LA PILA. ETAPA TERMOFÍLICA. 65 L O D O

R E S I D U A L - V I R U T A

D E

M E Z C L A M A D E R A - P A S T O - C A S C A R A

D E

C O C O

60

TEMPERATURAO C

55

50

45

40

35

30

TERMOPAR 1

TERMOPAR 2

TERMOPAR 3

TERMOPAR 5

TERMOPAR 7

TERMOPAR 8

TERMOPAR 4

25 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

DIAS

La lámina 3 muestra el promedio de las temperaturas alcanzadas en la pila. Se observa que la misma alcanzó su máxima temperatura de 51°C a los 5 días del composteo, después hubo un ligero descenso entre 45-48°C y continuó con un promedio de 45°C hasta el final del composteo. La temperatura promedio de la pila corresponde a una temperatura termofílica baja, la cual se debió probablemente a la baja concentración de sólidos totales en la mezcla de 33%. LÁMINA 3. TEMPERATURAS PROMEDIO ALCANZADAS DURANTE LA ETAPA TERMOFÍLICA.

55 50.79

TEMPERATURA O C

50

TEMP. PROMEDIO

48.26 46.58

45.56 45

46.18 43.61

45.8 48.15 45.88 46.39 46.5 46.79 43.88

46.7 46.6 45.31 46.38 45.38 45.38 44.8 44.5 44.63

40 40.26

40

35

35.03

M E Z C L A

L O D O R E S . - V I R U T A D E M A D E R A - P A S T O - C A S C A R A D E C O C O

30 0 1

2 3 4 5

6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 DIAS

- Etapa de curado Al terminar la etapa termofílica se realizó el desmontaje de la pila, seguida de un volteo de todo el material con el fin de homogeneizar el material y activar nuevamente la etapa termofílica en aquellas zonas que tuvieron temperaturas bajas durante la primera fase del composteo, como es la parte inferior de la misma. En esta fase no se realizó el monitoreo continuo de la temperatura y no se inyectó aire al sistema.

Transformaciones durante el composteo. Para el control del proceso de composteo se monitorearon las diferentes etapas: lodo crudo, mezcla inicial, etapa termofílica y la parte final del proceso denominada curado. Los cambios en las concentraciones que ocurrieron en las diferentes etapas del composteo aparecen en las tablas 3, 4, 5 y 6. Tabla 3.

Cambios en la concentración de los sólidos, materia orgánica y nitrógeno total en el proceso de composteo.

MUESTRA LODO DESHIDRATADO COMPOSTA (MEZCLA INICIAL) COMPOSTA (ETAPA TERMOFÍLICA) COMPOSTA (FIN ETAPA TERMOFÍLICA) COMPOSTA (CURADO)

ST STV STV/ST (mg/Kg. ) (mg/Kg.) 315853.7 81238.3 0.257 455113 277182.4 0.609 367315

NTK (mg/Kg.) 10993.3 11881.9

MO % 54.18 32.81

C % 23.8 14.43

N % 1.099 1.188

C/N 21.65 12.15

145566.7

0.396

9899.3

38.5

16.94

0.9899

17.11

409461.6 145135.8

0.354

9475.1

44.66

19.65

0.9475

20.73

493195.6

0.281

10267.2

40.33

17.8

1.027

17.27

138908

Caracteristicas del lodo crudo El lodo crudo tuvo una concentración del 25-30% de sólidos totales indicando que puede ser tratado por un proceso de biodegradación. La relación STV/ST fue de 0.257, relación baja para un lodo sin estabilizar. La concentración de materia orgánica fue de 54.01% y el carbono orgánico de 23%. Los componentes orgánicos encontrados en el lodo incluyen microorganismos y sus productos de descomposición; compuestos químicos orgánicos tales como proteínas, polisacáridos, grasas, aceites , así como también a los compuestos sintetizados durante el tratamiento del lodo y del agua residual. El nitrógeno total varía de 1- 1.2% en base seca. Y se encuentra en forma orgánicas en una proporción mayor al 90% y la otra fracción corresponde al nitrógeno amoniacal. Las concentraciones de nitratos y nitritos son bajos en el lodo crudo, tabla 4. Las formas de fósforo analizadas fueron los fosfatos con una concentración de 1,161.94 mg/Kg. y los ortofosfatos con una concentración de 24 mg/Kg. El fósforo orgánico es aproximadamente el 50% y se encuentra formando compuestos solubles y complejos estables en el lodo (EPA, 1995) tabla 4.

TABLA 4.

COMPUESTOS DE NITRÓGENO Y FÓSFORO EN EL PROCESO DE COMPOSTEO (EN PESO SECO)

MUESTRA LODO CRUDO DESHIDRATADO COMPOSTA EN PROCESO COMPOSTA FINAL MUESTRA

ALCALINIDAD mg/Kg. -

N -ORG mg/Kg. 16,388.20

N-AMONIACAL mg/Kg. 573.8

N-NITRATOS mg/Kg. 39.7

N-NITRITOS mg/Kg. < 0.005

14,362.0

5,213.70

1,539.10

30.7

0.65

10,561.0

8,717.60

549.60

300

0.84

P-TOTAL mg/Kg. -

P-ORGANICO mg/Kg. 599

P-FOSFATOS mg/Kg. 1,161.94

ORTO-PO4 Mg/Kg. 24

P-DISPONIBLE mg/Kg. -

-

85.5

742.3

430.7

-

769.5

309.4

-

416.6

272.5

LODO CRUDO DESHIDRATADO COMPOSTA EN PROCESO COMPOSTA FINAL (-) NO DETERMINADO

El lodo posee una alta capacidad de intercambio catiónico por su alta concentración de cationes intercambiables, calcio magnesio, sodio y potasio. Tiene baja concentración de cloruros de 0.866meq/100 g que está dentro de los límites normales para aplicarse al suelo, tabla 5. TABLA 5 . IONES INTERCAMBIABLES EN LODO Y COMPOSTA

MUESTRA LODO CRUDO DESHIDRATADO COMPOSTA

POTASIO CALCIO MAGNESIO SODIO CLORUROS meq/100g meq/100g meq/100g meq/100g meq/100g

SULFATOS meq/100g

11.78

10.8

5.2

3.3

0.866

---

13.18

9.0

5.6

2.44

1.19

7.92

El lodo residual contiene metales pesados cuyas concentraciones son inferiores a los valores establecidos por la EPA para uso en el suelo (WEP, 1993).

Análisis CRETIB Los resultados de los análisis CRETIB realizados al lodo residual fueron los siguientes: Las pruebas fueron negativas para la corrosividad, reactividad y explosividad. En cuanto a la prueba de toxicidad al ambiente, la composición de los compuestos inorgánicos no es mayor de los límites establecidos. Los compuestos orgánicos que se encontraron arriba de la norma fueron: cloruro de metileno con 106 mg/Kg (norma 8.6 mg/Kg) y el tetracloruro de carbono con 3.67 mg/Kg (norma, 0.5 mg/Kg). Las pruebas de inflamabilidad y de biológico-infeccioso fueron positivas. Por lo tanto, de acuerdo a la normatividad mexicana, el lodo crudo se considera peligroso.

Características de la mezcla en composteo.

La mezcla inicial (mezcla de lodo, pasto , viruta de madera y cáscara de coco) de la pila piloto, tuvo una relación de STV/ST de 0.609, lo que indica que la mezcla requiere de una etapa de degradación o estabilización . El porcentaje de materia orgánica fue de 32.81%. La concentración de nitrógeno total fue de 1.18%, lo que indica poco aporte de este elemento por la mezcla con los materiales acondicionadores.

Características de la mezcla en la etapa termofílica (composta en proceso). Los resultados del monitoreo de la etapa termofílica muestran una reducción de la relación STV/ST del 34.8% que indica que se realiza la estabilización del proceso. No obstante no se observa una reducción en la relación C/N , la cual permanece más o menos constante. Al terminar la etapa termofílica, 25 días después del montaje de la pila, se inició la etapa de curado, la relación STV/ST fue de 0.354 con una reducción de los sólidos volátiles en un 40%, lo que significa que ha ocurrido una estabilización adicional, tabla 3.

Características de la composta. Al final de la etapa de curado la relación STV/ST alcanzó un valor de 0.281 indicando una buena estabilización de la composta, el nitrógeno orgánico se encuentra en la composta en un 80%. El fósforo se encuentra en bajas concentraciones en la composta, 769 mg/L. El 60% del éste es inorgánico y el 35% del fósforo total está en forma disponible. Se observa alta concentración de bases intercambiables tanto en el lodo como en la composta y concentraciones relativamente bajas de cloruros. Tabla 5. En la tabla 6 se muestra la concentración de metales pesados en el lodo residual y la composta. Se observa una reducción en la concentración de los metales en la composta excepto para el fierro que aumentó ligeramente, lo cual se debe principalmente al efecto de mezclado con los materiales acondicionadores. La reducción fue del 1 al 20% para el Co, Cr, Ni y Zn. El Mn, Cd y Hg tuvieron reducciones entre 30 y 40%. El Pb sólo logró una reducción del 6.5% y el Fe tuvo un incremento del 4.2%.

TABLA 6. CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS EN LODO Y COMPOSTA (EN PESO SECO)

MUESTRA LODO CRUDO DESHIDRATADO COMPOSTA FINAL

Cd Co Cr Fe Mn Mo Ni Zn mg/Kg mg/Kg mg/Kg mg/Kg mg/Kg mg/Kg mg/Kg mg/Kg 2.96

14.78

1.97

12.8

Pb mg/Kg

Hg mg/Kg

32.53 22.671 140.9

50

18.73

25.6

61.11

0.4472

28.56 23.641

50

15.7

20.7

57.13

0.3152

86.7

Reducción de microorganismos patógenos durante el composteo. La reducción de microorganismos patógenos durante el composteo se analizó por medio de la concentración de coliformes fecales y huevos de helmintos.

La concentración de coliformes fecales en el lodo crudo fue de 1.583 x107 NMP/g y en la mezcla del lodo con los materiales acondicionadores fue de 3.5x107 NMP/g. Al final de la etapa termofílica, la reducción fue de 99.8%

(4.88x104 NMP/g). Al inicio de la etapa de curado la concentración se redujo a 9.9x103 NMP/g y al final de esta etapa la reducción fue del 100%. La reducción de huevos de helminto en las diferentes etapas del proceso aparece en la lámina 4. Los huevos de áscaris fueron la especie más abundante en el lodo con una concentración inicial de 127.9 huevos/g. Al final del proceso, la concentración fue de 17.44 huevos/g que equivale a una reducción del 84.5%. Los huevos de Trichuris se encontraron en una concentración de 5.07 huevos/g en el lodo crudo y no se observó remoción durante el composteo. Himenolepis sp tuvo una concentración de 9.18 huevos/g en el lodo crudo y de 0.61 huevos/g en la composta que equivale a una reducción del 94.0%. La especie menos abundante en el lodo crudo fue Toxocara sp con un concentración de 0.32 huevos/g, los cuales fueron removidos completamente durante la etapa termofílica. Las especies que persistieron en la composta fueron: Ascaris sp y Trichuris sp, las cuales requieran mayores temperaturas para removerse completamente por medio del composteo.

probablemente

LÁMINA 4. REDUCCIÓN DE HUEVOS DE HELMINTO EN LAS DIFERENTES ETAPAS DEL PROCESO DE COMPOSTEO .

137

127.9

PROCESO DE COMPOSTEO

TRICHURIS sp

112.49

117

HYMENOLEPIS sp

NUM. DE HUEVOS/g

TOXOCARA sp 97

ASCARIS sp 70.48

77 57 37 17

26.132 9.18 5.07 0.32

3.52 3.29 0.22

0.244 4.64 0

4.5 0

0

0.61 5.47

17.44 0

-3 LODO CRUDO

MEZCLA INICIAL

M. FINAL TERMOF.

COMPOSTA EN CURADO

COMPOSTA EN CURADO

Los análisis CRETIB indican que la composta no cumple con el parámetro biológico-infeccioso por la persistencia de microorganismos patógenos en la misma. Las otras características exigidas por la norma, las cumple satisfactoriamente, es decir, no presenta problemas de corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad e inflamabilidad. A continuación se discuten los resultados obtenidos del monitoreo del proceso de composteo y de los análisis fisicoquímicos y bacteriológicos realizados al lodo y la composta.

TEMPERATURA

El objetivo del composteo es lograr un temperatura termofílica durante el mayor tiempo posible y en la mayor superficie de la pila para garantizar la inactivación de microorganismos patógenos y la evaporación del agua. El perfil de temperatura alcanzado por la mezcla de materiales durante el composteo, muestra 3 fases: calentamiento, termofílica y de enfriamiento, lámina 3. La fase de calentamiento fue de cinco días, después de este periodo, se presentó una fase termofílica arriba de 50 ºC durante un día, y posteriormente hubo un ligero enfriamiento de la pila a 45ºC, temperatura que permaneció durante 25 días. El composteo se realizó en el rango termofílico bajo, 45ºC. Esta temperatura es el resultado del poder calorífico del lodo y de los materiales acondicionadores, así como también del porciento de sólidos en la mezcla. El composteo a esta temperatura fue adecuado para la estabilización de los compuestos orgánicos pero no fue suficiente para la remoción de microorganísmos patógenos, la cual puede lograrse trabajando en el rango termofílico superior 55-60ºC, por un periodo de 15 días. Ramirez et al(1996). REDUCCIÓN DE LA RELACIÓN STV/ST La reducción de la relación de STV/ST fue del 40% en la etapa termofílica y huvo una reducción adicional durante la etapa de curado, alcanzando una estabilización del 50% al terminar el proceso. REMOCIÓN DE METALES PESADOS. Durante el proceso de composteo hubo un ligera reducción de la concentración de metales pesados lo cual se atribuye a la dilución con los materiales acondicionadores. Las concentraciones de estos elementos tanto en el lodo crudo como la composta son menores que las establecidas por las normas internacionales para el uso y disposición de lodo residuales en el suelo, EPA(1993) y por lo tanto la composta puede aplicarse directamente al suelo.

TABLA 7. METALES PESADOS PRESENTES EN LA COMPOSTA DE LODO RESIDUAL

PARÁMETRO

COMPOSTA(mg/Kg)

NORMA(mg/Kg)

CADMIO

1.97

40

CROMO

28.5

3000

PLOMO

61.11

300

MERCURIO

0.32

100

MOLIBDENO

< 5.0

75

NIQUEL

18.8

500

ZINC

207

2800

COBRE

-

1600

REMOCIÓN DE MICROORGANISMOS PATÓGENOS.

La remoción de huevos de helminto fue diferente para cada especie analizada. Los huevos de Ascaris que se encontraron en mayor cantidad, fueron los más resistentes y alcanzaron una remoción de sólo 85%, quedando al final con una concentración 17.4/g de lodo seco. Trichuris sp prácticamente no se removió durante el proceso quedando con una concentración de 5/g de lodo seco. Hymenolepis sp tuvo una reducción del 80% y una concentración 0.6/g de lodo seco y Toxocara sp fue eliminada totalmente durante el tratamiento. Tomando en consideración los estándares para el uso y disposición de lodos residuales al suelo, WEP(1993), la composta de lodo residual no puede utilizarse sin restricciones hasta no remover la concentración de huevos de helminto a 4 huevos viables/g de lodo seco. La concentración final de huevos en la composta fue de 23/g de lodo pero no se determinó su viabilidad.

EVALUACIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA COMPOSTA DE LODOS RESIDUALES PARA UTILIZARSE COMO ABONO.

CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA Y MACRONUTRIENTES. Uno de los propósitos del composteo es producir una composta que contenga propiedades semejantes a las de un abono orgánico y con un grado de estabilización parecido al del humus. En el tabla 8 se hace una comparación entre un abono orgánico (vacuno) y la composta producida en este estudio. Tabla 8. Comparación del contenido de nutrientes en un abono orgánico y la composta de lodo residual ELEMENTOS NUTRICIONALES

ABONO VACUNO

COMPOSTA DE LODO RESIDUAL

%MATERIA ORGÁNICA

48.24

40.33

%NITRÓGENO

2.10

1.03

%FÓSFORO

0.58

0.08

%POTASIO

3.10

0.53

%CALCIO

3.39

1.82

%MAGNESIO

0.97

0.67

Como se observa la composta obtenida tiene las características de un abono orgánico con concentraciones menores de macronutrientes, pero con alto contenido de materia orgánica.

ESTABILIDAD DE LA COMPOSTA. La estabilización por composteo, se logra mediante las reacciones de transformación bioquímicas de la materia orgánica del lodo y de los materiales acondicionadores por medio de microorganismos aerobios. La estabilidad de un abono orgánico facilita su manejo y proporciona seguridad sanitaria. Un índice de estabilidad es la relación STV/ST menor de 0.3. En la composta esta relación fue de 0.281 que indica estabilidad.

SULFATOS (SO4=)

Los sulfatos son aniones nutrientes, el pH ácido los mantiene en forma intercambiable. Los sulfatos solubles en el suelo, en alta concentración, son tóxicos para el desarrollo de los cultivos, Ortiz (1977). Las cantidades presentes en la composta de 3800 mg/Kg (7.91 meq/100g), no constituyen un problema, ya que los niveles ordinarios de sulfatos en la solución del suelo, varían entre 3 y 5000 mg/Kg, Bidwell (1979). Cloruros (Cl-) Los cloruros están relacionados principalmente con la acumulación de sales en el suelo. Su rango en la solución del suelo varía de 10 a 1000 mg/Kg. Las plantas requieren de 1.0 Kg de cloruros por 4 ton de materia seca producida, por lo que se considera como un micronutriente. La toxicidad del ión cloro como consecuencia de absorción radicular, se presenta a partir de valores de 4-10 meq/L, Seoanez (1978). Con base en esta información la concentración de 11.9 meq/Kg no representa problema de contaminación de suelo, ya que la composta generalmente se mezcla con suelos orgánicos. M ACRONUTRIENTES Las plantas requieren de algunos elementos como carbono, hidrógeno y oxígeno en grandes cantidades; no obstante estos elementos se encuentran en forma disponible en el ambiente y no necesitan ser aplicados por los agricultores. Otros elementos requerido por las plantas en proporciones altas son: el nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio. Todos estos elementos tienen importancia estructural y funcional en los tejidos de las plantas, por lo que se conocen como macronutrientes. En la composta se estudiaron dichos elementos y a continuación se describen las concentraciones de cada uno de ellos. -NITRÓGENO. El nitrógeno es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas. El nitrógeno total no representa un índice de disponibilidad de este elemento, no obstante se utiliza como un valor de orientación general de la presencia de este elemento en el suelo. En suelos orgánicos su valor llega a 3%. Los resultados obtenidos muestran que en la composta los valores de nitrógeno sólo alcanzan el 1% que es el mismo encontrado en el lodo residual, no se observa el aporte de nitrógeno por los materiales acondicionadores. El valor de N-NH3 es de 549 mg/Kg, el cual es un valor alto para sembrar un semilla directamente, por lo que se recomienda permitir su estabilización preparando previamente las mezclas antes de sembrar las semillas. La composta también contiene nitratos alrededor de 300 mg/Kg, que pueden aprovechar directamente las plantas, sólo que se debe aplicar a cada cultivo en dosis agronómicas, para no poner en exceso y evitar lixiviación a los acuíferos. - FÓSFORO. El fósforo es un elemento esencial en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Según Ortiz, B(1977), la cantidad en la capa arable varía de 8000 a 2500 Kg/Ha. En condiciones de cultivo, el fósforo disponible es removido cada año y es el que debe ser restituido como fertilizantes. En la composta el fósforo fue identificado como fósforo total, fósforo orgánico y fósforo disponible. El fósforo disponible en la composta representa el 35% del fósforo total y es el que puede ser utilizado directamente por las plantas. - POTASIO . Dentro de los tres principales macronutrientes está el potasio. Este elemento no se encuentra en grandes cantidades en la solución del suelo. Bidwell, R(1979) menciona un rango de 1 a 50 ppm, debido a que tienden a fijarse en los minerales del suelo. Compite con el calcio y el magnesio en el proceso de intercambio, y cualquier variación en la concentración de alguno de ellos aumenta o disminuye su disponibilidad. Su concentración en la composta es de 13,78 meq/L, mayor que las concentraciones encontradas en el suelo, aumenta la posibilidad de que pueda ser aprovechada por las plantas. - CALCIO .

El calcio es otro constituyente importante de las plantas. La cantidad de calcio intercambiable decrece con el incremento de la capacidad de intercambio catiónica. En la solución del suelo se encuentra en rangos de 50 a 1000 mg/Kg. En la composta se encuentra en concentraciones de 9 meq/100g, este alto valor fue proporcionado principalmente por el lodo residual. No obstante estas cantidades no son elevadas como para representar un problema; además si se agrega a suelos orgánicos ácidos, se neutraliza su efecto debido a que el pH ácido aumenta su inmovilidad. - M AGNESIO . La disponibilidad del magnesio depende de las concentraciones de las otras bases intercambiables como el Ca y K. En la solución del suelo se encuentra entre 1 y 100 mg/Kg. En la composta se encontró en un rango de 5.6 meq/100 g, valores que no representa problemas debido al equilibrio que se establece con la presencia de otros cationes.

M ICRONUTRIENTES Existen otros elementos como el hierro, manganeso, boro, cobre, zinc, molibdeno, sodio y cloro, que son utilizados por las plantas en pequeñas cantidades y se les denomina nutrientes menores, micronutrientes o elementos traza. - Metales pesados. Como se observó en el cuadro 2, durante el proceso de composteo hay una disminución en la concentración de metales pesados. La concentración de estos elementos en la composta permiten su aplicación directa al suelo. Al respecto, se puede decir que es importante considerar la presencia de metales pesados considerándolos como un aporte en la calidad nutritiva de la composta, ya que los micronutrientes, son esenciales para el desarrollo de las plantas tomando parte en funciones catalíticas. - SODIO . El sodio se encuentra en la solución del suelo como ión Na+, en un rango de 10 a 500 ppm. Considerándolo como un micronutriente, es útil en el crecimiento de plantas halófitas. En la composta este ión se encuentra en bajas concentraciones de 2.44 meq/100g (560 ppm) y no constituye ningún problema al aplicarse al suelo.

CALIDAD SANITARIA DE LA COMPOSTA. La composta no cumple con la calidad sanitaria exigida para su uso sin restricciones como es la comercialización y su uso en cultivos agrícolas, requiere una esterilización para remover el contenido de microorganismos patógenos remanentes.

CONCLUSIONES El composteo en pila estática con adición de materiales acondicionadores permite la reducción de contaminantes orgánicos e inorgánicos y se puede obtener un producto estable que puede usarse como acondicionador de suelo. La mezcla utilizada para el composteo con las siguientes proporciones en peso, 60% de lodo residual, 23% de pasto de campo de golf, 8.5% de viruta de madera y 8.5% de cáscara de coco, con un 33% de sólidos totales, solamente alcanzó una temperatura promedio en la pila de 45ºC. Esta temperatura fue suficiente para estabilizar la

materia orgánica, que se observa en la variación de la relación STV/ST de 0.609 al inicio del composteo a 0.281 en la composta final. La concentración de ST de 33% y la densidad de la mezcla de 0.67, impidieron una mayor circulación del aire dentro de la pila, requerido también para alcanzar mayor temperatura. De los materiales acondicionadores utilizados, el pasto de campo de golf y la viruta de madera, son los que aportan poder calorífico a la mezcla, la cáscara de coco sólo proporciona porosidad. La temperatura de 45ºC no fue suficiente para reducir totalmente los huevos de helminto, lo cual solo se logra con temperaturas mayores de 55ºC por varios días consecutivos. El proceso de composteo redujo totalmente las concentraciones de cloroformo y tetracloruro de carbono encontrados en el lodo residual, así como también, cumplió con las demás características químicas que exige el CRETIB para considerar al lodo un residuo no peligroso. El contenido de materia orgánica en la composta fue de 40.33%, similar a la de otros abonos orgánicos. El contenido de nutrimentos fue de 1% de nitrógeno,0.08% de fósforo, 0.53% de potasio, 1.82% de calcio y 0.67% de magnesio, son menores que los encontrados en otros abonos orgánicos, pero contribuyen a aumentar las reservas alimenticias del suelo. La reducción de los metales presentes se debe principalmente a la adición de materiales acondicionadores y fueron de 1 a 20% para el Co, Cr, Ni y Zn. De 30 a 40% para el Mn, Cd y Hg. La reducción del plomo fue de 6.5% y la del fierro tuvo un incremento de 4.2%. Este último elemnto no está controlado en las normas. La reducción de coliformes fecales fue del 100% en la composta. Hubo persistencia de huevos de helminto(Ascaris sp y Trichuris sp) con una concentración de 23 huevos/g de composta. Aunque no se determinaron huevos viables, la concentración remanente es alta, para eliminar la viabilidad. El uso de la composta sin restricciones ya sea directamente en cultivos agrícolas o para comercialización, solamente puede hacerse con un estricto conbtrol de calidad, para eliminar riesgos a la salud pública por persistencia de microorganismos patógenos o compuestos tóxicos.

RECOMENDACIONES Para obtener mejores beneficios del proceso de composteo, se recomienda trabajar con una mezcla (lodo-material acondicionador) que tenga una relación STV/ST > 0.6, concentración de sólidos totales de 40% y una densidad aparente menor de 0.5 Ton/m3 Los materiales acondicionadores de alta capacidad calorífica permitirán trabajar en rango termofílico de 55-60ºC, por varios días consecutivos, teniendo de esta forma mayor remoción de microorganísmos patógenos. Investigar técnicas sencillas para la determinación de huevos de helminto viables.

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