Uso de subproductos industriales de la Compañía Industrial de

Uso de subproductos industriales de la Compañía Industrial de Parras, S.A.
de C.V. en sustratos para el crecimiento de frijol
Use of Industrial byproducts of Compañía Industrial de Parras, S.A. de C.V.
in substrates for bean growth
Adalberto Benavides-Mendoza1, Homero Ramírez1, Norma Ruiz-Sánchez2, Adolfo
Perales-Huerta3, Hortensia Ortega-Ortíz4.
Resumen
El objetivo del trabajo fue comprobar la factibilidad de aplicación y el
impacto de la aplicación directa de los subproductos sólidos de CIPSA en
crecimiento de frijol. Los subproductos industriales fueron analizados de acuerdo a
la NOM-004-SEMARNAT-2002 para determinar la presencia y concentración de
coliformes fecales, Salmonella spp., huevos de helmintos, arsénico y metales
pesados cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel y zinc. Además, los
subproductos fueron analizados para determinar sus propiedades físicas y
químicas de acuerdo a las técnicas descritas en la norma oficial para análisis de
suelo NOM-021-RECNAT-2000. Después de ello los subproductos fueron
adicionados en diferentes concentraciones al sustrato de crecimiento de frijol. Se
observaron impactos negativos sobre el crecimiento cuando los materiales
industriales se utilizaron en gran volumen (igual o mayor al 25%), los impactos
negativos se derivaron al parecer de la alta concentración de sales, la cantidad de
bicarbonatos y desbalance de cationes como el sodio y el magnesio. En el caso de
algunos minerales necesarios para las plantas se encontró que los subproductos
fueron una buena fuente de los mismos. Como se demostró la presencia de
patógenos (coliformes, salmonella y huevos de helminto) en los subproductos
industriales de CIPSA, este hecho los hace inaceptables para su uso directo en
cultivos alimenticios u ornamentales de maceta. Se requiere continuar con los
ensayos de tratamiento de los subproductos de tal forma que se disminuyan a
niveles aceptables o se eliminen los patógenos que puedan contaminar las
plantas.
Palabras Clave: Lodos industriales, industria textil, impacto ambiental.
Abstract
The objective of this work was to verify the feasibility of application and the
impact of the direct application of the solid byproducts of Compañía Industrial de
Parras, S.A. de C.V. (CIPSA) in bean plant growth. The CIPSA byproducts were
analyzed according to the environmental norm NOM-004-SEMARNAT-2002 to
1
Departamento de Horticultura, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Buenavista, Saltillo 25315 Coahuila, México. Tel.
(844)411-0212. Email: [email protected]
2
Departamento de Fitomejoramiento, UAAAN.
3
Gerencia Química, Fabrica La Estrella, S.A. de C.V. Ramos Arizpe y 16 de Septiembre, Zona Centro, Parras de la Fuente 27980
Coahuila, México.
4
Gerencia de Agroplásticos, Centro de Investigación en Química Aplicada, Blvd.. Enrique Reyna, Zona Centro, Saltillo, Coahuila,
México.
174
determine the presence and concentration of enteric bacteria, Salmonella spp.,
helminth eggs, arsenic and heavy metals: cadmium, chromium, copper, lead,
mercury, nickel and zinc. Besides, the byproducts were analyzed to determine its
chemical and physical properties according to the official norm for soil analysis
NOM-021-RECNAT-2000. After it, the byproducts were added in different
concentrations to the growing substrate of bean. Negative impacts upon the growth
were observed when the byproduct was mixed in the growth substrate in great
quantity (volume equal or greater than 25%), the negative impacts were derived
upon salinity, bicarbonate, and cation imbalances of sodium and magnesium.
Nevertheless, some necessary minerals were provided in good quantity and
assimilated by the plants. The presence was found of pathogenic microorganisms
in the byproducts. This fact makes them unacceptable for its direct use in growing
vegetables or ornamental pot plants. It is required to continue with the trials of
byproduct processing in such form that pathogenic microorganisms quantity is
diminished to acceptable levels or it may be eliminated.
Key words: Industrial muds, textile industry, environmental impacts.
Introducción
La aplicación de lodos residuales o biosólidos urbanos a suelos agrícolas es
una práctica habitual en países desarrollados por razones prácticas y económicas
(Ottaviani et al., 1991). Los lodos residuales tienen valor fertilizante y mejoran
también las propiedades físicas de los suelos (Quinteiro et al., 1988; Tester, 1990).
La dosis de aplicación se suele fijar en función de los requerimientos del cultivo en
N y P, aunque también deben considerarse factores como la carga de sales y la
presencia de elementos metálicos u otros compuestos. En los Estados Unidos de
América y la Unión Europea, las agencias de protección ambiental consideran que
incluso los lodos que muestran componentes peligrosos pueden aplicarse en la
fabricación de productos agrícolas, siempre y cuando se tomen las medidas
adecuadas para su tratamiento, manufactura y uso.
En nuestro país la NOM-004-SEMARNAT-2002 regula las especificaciones
con que debe cumplir cualquier material, lodo o biosólido, antes de su disposición
final o aprovechamiento. Del mismo modo, el INIFAP tiene bien desarrollado el
modelo de utilización y aplicación de lodos residuales urbanos en suelos agrícolas
(Uribe y Chávez, 2000).
Sin embargo, al contrario que los biosólidos de origen urbano, el uso de los
subproductos sólidos industriales es menos extendido. Hasta donde se sabe
solamente una pequeña fracción de fertilizantes y mejoradores de suelos incluyen
lodos industriales como parte de sus materias primas (EPA, 1997), y ello habla del
potencial innegable en esta área de oportunidad tecnológica cuando se dispone de
subproductos industriales que no entrañan riesgos ambientales o para la salud,
esto es, cuando disponen de una constancia de no peligrosidad de los mismos.
El marco de una estrategia que fomente el reciclado y aprovechamiento de
los subproductos industriales textiles debe considerar la utilización de dichos
materiales en las actividades agrícolas. Ello por dos razones: la ecológica y la
económica. La razón ecológica se refiere al hecho de que el fomento del reciclado
y el aprovechamiento responsable y seguro de subproductos, necesariamente
175
disminuye el impacto ambiental de las actividades industriales. La razón
económica describe la oportunidad potencial de transformar y añadir valor a los
subproductos, modificándolos de tal forma que faciliten la práctica agrícola o
forestal en la región.
El presente escrito describe parte de los resultados obtenidos durante el
año 2004 en el marco del proyecto conjunto ejecutado por la Compañía Industrial
de Parras, S.A. de C.V. (CIPSA) y la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro
(UAAAN). El objetivo general del proyecto es elevar la competitividad y disminuir el
impacto ambiental de las actividades industriales textiles de la empresa
coahuilense Compañía Industrial de Parras, S.A. de C.V. (CIPSA), transformando
los subproductos sólidos del proceso industrial en productos con valor agregado
de utilidad en el sector productivo agrícola. El objetivo específico fue documentar
los cambios en el crecimiento y composición química de las especies vegetales
cuyo ciclo de vida ocurre en sustratos enriquecidos con los subproductos sólidos
de CIPSA.
Metodología experimental
Los residuos industriales de las empresas Fabrica La Estrella, S.A. de C.V.
(FLESA), Hilaturas Parras, S.A. de C.V. (HILPAR) y Parras de La Laguna, S.A. de
C.V. (PARLASA) del grupo CIPSA se obtienen después de tratar el agua utilizada
en el proceso industrial, parte del tratamiento consiste en filtrar y prensar los
sólidos acarreados por el agua. Estos sólidos que constituyen el subproducto
cuentan con certificado de no peligrosidad. Su aspecto es característico ya que
llevan gran cantidad de pigmentos vegetales que les dan un color azul oscuro o
casi negro.
Se llevó a cabo el análisis de los subproductos industriales de acuerdo a la
NOM-004-SEMARNAT-2002 para determinar la presencia y concentración de
coliformes fecales, Salmonella spp., huevos de helmintos, arsénico y metales
pesados cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel y zinc marcados en dicha
norma oficial mexicana.
Los procedimientos para la incorporación de los subproductos sólidos en
sustratos son descritos por Peralta-Trujillo (2002) quien realizó la actividad con
desechos agroindustriales. Antes de su mezcla con los sustratos los sólidos
industriales fueron analizados para su caracterización física y química de acuerdo
con la norma oficial para análisis de suelo NOM-021-RECNAT-2000.
Se colocaron charolas de germinación en una cama de siembra. Las
charolas de germinación fueron llenadas con sustratos obtenidos al mezclar el
sustrato comercial peat moss con sólidos de CIPSA (obtenidos en particular de la
empresa FLESA de Parras de la Fuente, Coahuila) en proporciones de 1:0, 3:1,
2:1, 1:1 y 0:1, equivalentes a 0, 25, 33, 50 y 100% de subproductos de CIPSA
volumen a volumen (v/v). El objetivo de aplicar este esquema de tratamientos fue
determinar hasta que punto los lodos CIPSA pueden inhibir el crecimiento al
mezclarlo en alta cantidad con un sustrato conocido, situación equivalente a una
constante aplicación de residuos industriales en el suelo. Como un ejemplo, la
cantidad de 25% v/v equivale a incorporar 250 toneladas de lodo industrial en una
hectárea considerando una profundidad de 30 cm. Como referencia considérese
176
que una aplicación generosa de estiércol al suelo se hace con 30 toneladas por
hectárea.
En el sustrato se colocaron semillas de frijol previamente verificadas con
alto porcentaje de germinación, rápida emergencia y crecimiento normal. Las
charolas fueron mantenidas con el contenido de humedad adecuado durante 30
días en el transcurso de los cuales se observó y midió el crecimiento determinado
como peso fresco y seco de las plántulas utilizando una balanza analítica y una
estufa de secado a una temperatura de 60 ºC. Se verificó visualmente la presencia
de anomalías de crecimiento o signos de toxicidad.
El diseño experimental fue completamente al azar con arreglo factorial. Se
aplicaron las técnicas rutinarias de análisis de varianza y la prueba de medias de
Tukey al 0.05.
Resultados y discusión
1. Resultados microbiológicos, metales pesados y arsénico en los
subproductos de CIPSA.
Los resultados microbiológicos, de concentración de metales pesados y de
arsénico, marcaron según la NOM-004-SEMARNAT-2002 que los sólidos
industriales son materiales buenos desde el punto de vista del contenido de
metales pesados, en otras palabras, todos los materiales presentaron
concentraciones de metales pesados muy por debajo de las marcadas como límite
por la NOM mencionada. Desde la perspectiva microbiológica se clasificaron como
clase C, es decir, no para uso urbano pero si adecuados para actividades
forestales, agrícolas y mejoramiento de suelos.
2. Caracterización física y química de los subproductos según la NOM-021RECNAT-2000.
2.1. Resultados de los Análisis de Salinidad y Sodicidad en Extractos de
Saturación.
Con respecto a la conductividad eléctrica todos los subproductos son
fuertemente salinos. No se recomienda utilizarlos directamente como sustrato a no
ser que se le aplique un lavado. Por otra parte según nuestros resultados
preliminares (Benavides-Mendoza et al., 2004), los residuos industriales pueden
utilizarse mezclados (hasta en un 25% del volumen total) con otro sustrato como
turba canadiense o bien someterse a un proceso de compostado o
vermicompostado mezclados con basura orgánica o estiércol vacuno. De una u
otra forma se aminora el problema de salinidad.
El pH del extracto de saturación de los subproductos se encontró cercano al
neutro. Por ello el efecto sobre el pH del sustrato en donde se adicionan no se
espera que sea significativo.
Sobre los valores de calcio, magnesio, sodio, potasio y el de RAS (Relación
de adsorción de sodio) los subproductos mostraron valores altos de los cationes
solubles a excepción del potasio que presenta valor medio y el sodio, que exhibe
valores de bajo a alto. A pesar de ello la posible toxicidad por sodio pudiera no
presentarse dado el valor tan bajo de la relación de absorción de sodio (RAS) que
se determinó.
177
En los carbonatos, bicarbonatos, sulfatos y cloruros los subproductos
marcaron niveles no detectables de carbonatos. Al contrario, la concentración de
bicarbonatos es alta, lo cual explica en parte la clorosis inducida en las plantas
cuando los sólidos industriales se utilizan mezclados con otro sustrato en un
volumen mayor al 25% (Benavides-Mendoza et al., 2004). Los cloruros aparecen
con alta concentración; ello debe considerarse para limitar su uso en aquellas
especies que sean muy sensibles a la toxicidad por cloruros, como es el caso de
algunos frutales y ornamentales como las fresas y rosales (Benavides-Mendoza,
2002). En el caso de los sulfatos la concentración en el extracto de saturación
presenta un rango amplio, de alta a bajo. Se sabe que, salvo su contribución a la
salinidad de la solución del suelo, los sulfatos no ejercen un efecto tóxico sobre las
plantas. Por otra parte, la contribución con aportes de sulfatos en suelos calcáreos
puede ser positiva.
2.2. Análisis Físico.
En cuanto al pH en agua la reacción de los materiales residuales fue de
moderadamente ácida a ácida.
Sobre la retención de humedad los resultados obtenidos indican que los
subproductos muestran buena capacidad de almacenar agua. En cambio los
sólidos industriales mostraron densidades aparentes menores a la comúnmente
encontrada en suelos de uso agrícola.
Respecto a la materia orgánica los resultados de las tres muestras
indicaron la presencia de valores medios.
Los subproductos mostraron un contenido medio de carbonatos. Si se
tratara de un suelo, entonces se clasificaría como calcáreo, esto es, induciría
clorosis en cultivos sensibles (Benavides, 2000)
2.3. Análisis de Fertilidad.
Los resultados para los elementos analizados no indicaron la posibilidad de
restricción del crecimiento por excesiva concentración de los elementos.
3. Resultados de germinación, crecimiento y composición de las plantas
3.1. Emergencia y crecimiento de frijol en invernadero utilizando mezclas de
sustrato comercial hortícola (peat moss) y subproductos de CIPSA
En comparación con el testigo que mostró plantas con hojas grandes y color
verde claro, las plantas en el sutrato con 25% del subproducto de CIPSA
presentaron hojas significativamente más pequeñas, de color verde oscuro, pero
aún así de aspecto sano sin presentar síntomas aparentes de clorosis o
intoxicación. Al elevar la concentración del subproducto a 33% se observaron
clorosis y necrosis foliar, así como inhibición significativa del crecimiento. Con la
concentración de 50% la presencia de los sólidos causó una disminución
significativa de la emergencia y el crecimiento, así como clorosis acentuada de los
tejidos. En el caso de las semillas colocadas directamente en los residuos
industriales al 100%, estas germinaron y emergieron, pero ocurrió entonces la
completa interrupción del crecimiento presentándose una necrosis intensa en las
raíces, síntoma asociado generalmente con la intoxicación por exceso de sales o
déficit hídrico intenso.
178
Los resultados de los análisis del crecimiento indicaron diferencias
estadísticas altamente significativas entre los tratamientos (Cuadro 4.2.1).
Cuadro 3.1.1. Resultados de la prueba de medias de Tukey (0.05) para el peso seco
promedio de las plantas de frijol.
Porcentaje de subproductos Peso
seco
CIPSA (v/v)
promedio
25
0.227821 b
100
0.239808 b
33
0.261350 b
50
0.269229 b
0
0.343054 a
1
2
****
****
****
****
****
Es posible que la disminución en la acumulación de materia seca por parte
de las plantas sea consecuencia de la salinidad aportada por los subproductos
industriales o bien, posiblemente, de los bicarbonatos de los mismos que pudieron
modificar la disponibilidad de algunos elementos. Para aportar mayor información
y tratar de entender estos resultados se analizaron las estructuras foliares de las
plantas analizadas para determinar el contenido de minerales, estos datos se
anotan en el Cuadro siguiente.
Cuadro 3.1.2. Concentración de nutrientes minerales en los tejidos de plantas de frijol que
crecieron en sustratos enriquecidos con subproductos industriales de
CIPSA. La concentración de hierro, cobre, manganeso, zinc y boro fue
anotada en mg/kg de peso seco, la del resto de los elementos en %.
Porcentaje de
subproductos
CIPSA (v/v)
0
25
33
50
100
NS1£
NS2
N
5.95
5.9
6.1
5.7
5.4
5
6
P
0.36
0.35
0.34
0.36
0.35
0.35
0.75
K
2.05
3.5
3.27
2.36
1.97
2.25
4
Ca
2.82
1.32
1.36
1.12
1.2
1.5
2.5
Mg
0.35
0.34
0.34
0.27
0.29
0.3
1
Fe
430
152
172
198
140
50
300
Cu
12.4
10
11.3
11.4
8.1
7
30
Mn
342
86
110
43
25
50
300
Zn
99
50
39
32
34
20
200
B
24.05
24.25
24.2
23.55
19.87
20
75
£NS1
es el punto inferior del rango de niveles de suficiencia para el elemento considerado. NS2 es el punto
superior del rango de niveles de suficiencia para el elemento considerado.
A excepción del potasio, el calcio y el manganeso, el resto de los elementos
se encontraron dentro del rango de suficiencia. En el caso del potasio, las plantas
testigo mostraron valores abajo del rango de suficiencia, resultando la aportación
de los subproductos en un efecto positivo ya que la concentración de potasio subió
hasta colocarse dentro del margen adecuado. En cuanto al calcio todas las plantas
que crecieron en los sustratos con residuos industriales presentaron valores fuera
de los rangos de suficiencia. Es posible que las altas concentraciones de sodio y
magnesio en los subproductos constituyeran un factor de competencia para el
calcio en los sitios de absorción en la raíz.
179
Es muy claro el efecto de los subproductos industriales sobre la asimilación
de manganeso, hierro y zinc en las plantas. En los tres casos los metales
mencionados presentaron valores altos y adecuados en las plantas testigo. Sin
embargo, la presencia de los materiales originó una fuerte disminución en la
concentración. Dado que los sólidos muestran niveles altos de hierro y zinc, la
diferencia no parece deberse a una carencia real de los elementos, sino más bien
a una carencia inducida por diferentes factores como la presencia de alta
concentración de magnesio que origina déficit de absorción de zinc, alta
concentración de sodio que da lugar a disminución en el manganeso y alta
cantidad de bicarbonatos que disminuye la asimilación de hierro (BenavidesMendoza, 2002).
Conclusión
Los resultados indicaron que es factible utilizar los subproductos de CIPSA
en la producción de especies vegetales. Se observaron impactos negativos sobre
el crecimiento cuando los materiales industriales se utilizaron en gran volumen
(igual o mayor al 25%), los impactos negativos se derivaron al parecer de la alta
concentración de sales, la cantidad de bicarbonatos y desbalance de cationes
como el sodio y el magnesio. En el caso de algunos minerales necesarios para las
plantas se encontró que los subproductos fueron una buena fuente de los mismos.
Literatura citada
Benavides, A. 2000. Absorción y asimilación de hierro en las plantas. Ciencia UANL 3(1):50-57.
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