REUTILIZACION DE BIOSOLIDOS DE LODOS

REUTILIZACION DE BIOSOLIDOS DE LODOS RESIDUALES DE INDUSTRIAS
FARMACÉUTICAS
M. Olivia Franco Hernández1 , Diana G. Castro Frontana 1 , Fabiola Espinoza Cerón1 y
Luc Dendooven2 .
.
1
Depto. de Química, Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología, Instituto
Politécnico Nacional, 07340 México, D.F., Tel. (5)729 6000 ext 56324, fax (5)7296000
ext 56324. Email:[email protected]
2
Depto. de Biotecnología y Bioingeniería Cinvestav IPN, 07000 México D.F., Tel.
(5)7477000 ext 4330. Email:[email protected]
RESUMEN
Como parte de un estudio en el uso de biosólidos de drenaje de industrias
farmacéuticas, se han investigado las características químicas y microbiológicas así
como las dinámicas de nitritos, nitratos y fósforo cuando el lodo se adiciona al suelo,
todo esto con el fin de analizar la alteración del funcionamiento biológico que pudiera
ocasionar este tipo de residuo. El pH del lodo fue de 12, la concentración de nitrógeno
amoniacal fue de 11 g kg-1 de materia seca (MS)., la concentración de carbono
orgánico fue de 162 g kg-1 MS, concentración de coliformes fecales 4.6x 105 unidades
formadoras de colonia (UFC) kg-1 MS, coliformes totales 1.1 x 106 UFC kg-1 MS y
huevos de helminto 3 x 104 huevos kg-1 MS. Los resultados demostraron que la adición
de lodo incrementaron la concentración de nitratos en más de 100 mg kg-1 MS en los
primeros 28 días, mientras que la concentración de nitritos permaneció en menos de 1
mg kg-1 MS. El fósforo soluble ser mantuvo constante durante 180 días.
Se sugiere que el lodo puede proveer al suelo de fósforo y nitrógeno sin afectar el
proceso de nitrificación. En una investigación posterior se evaluará la dinámica de
descomposición de compuestos tóxicos presentes en el lodo y su afectación a la
población microbiana de los microorganismos del suelo,
INTRODUCCION
Las industrias que tratan sus aguas residuales mediante procesos aerobios o
anaerobios desechan anualmente 21 toneladas de lodos y recientemente se han
aplicado a suelos con el fin de utilizarlos como fertilizantes ya que estos representan
una fuente importante de nitrógeno, fósforo y potasio. Sin embargo éste tipo de
residuos contienen normalmente microorganismos patógenos, metales pesados y
compuestos orgánicos tóxicos, los cuales no deben ser incorporados en la cadena
alimenticia ni en cuerpos de agua, ya que en ciertas cantidades es compuestos tóxicos
son peligrosos. (Siebe and Cifuentes, 1994)
Los lodos residuales de las industrias farmacéuticas podrían ser facilmente
utilizados como fertilizantes de suelos pero un análisis exhautivo debe demostrar la
inexistencia de compuestos tóxicos.
Debido a lo anterior en el laboratorio realizamos un estudio para conocer si los
lodos de desecho de la industria farmacéutica tienen afectan negativa los procesos
naturales de nitrificación del suelo, asi como la variación del fósforo soluble.
MATERIALES Y METODOS
Se adicionó lodo residual al 4% a un suelo control proveniente de un mezquital,
localizado a 20 km de Dolores Hidalgo del estado de Guanajuato. El tipo de suelo es
phoezem y la vegetación predominante es el mesquite. El pHH2O fue 6.0, contenido de
carbono orgánico 13.2 g kg-1, C inorgánico 1.48 y N total 1.78. El suelo se clasificó
como arenoso-arcilloso (clasificación USDA).
Se realizaron 5 tratamientos lodo (L), lodo lavado (LL) como control, suelo (S) como
segundo control, suelo con lodo (SL), suelo con lodo lavado (SLL), todas las muestras
se incubaron aeróbicamente durante 180 días y las muestras obtenidas se extrajeron
con K2SO4 0.5 M. Las mediciones fueron las siguientes, como parte de la
caracterización fisicoquímica se midió el pH y la conductividad (A.O.A.C., 1990), la
concentración de cloruros (Cl-1) de cada muestra se midió por titulación con AgNO3 ,.
(APHA, AWWA, WPCFE, 1992). Huevos de helminto, Salmonella, Shigella, Vibrio, asi
como coliformes totales y fecales se midieron de acuerdo a lo descrito por la Norma
Oficial Mexicana (1996) basada en los lineamientos de la EPA (1994).
La concentración de nitratos, nitritos, y fósforo soluble se realizaron por medio de
métodos espectrofotométricos. (APHA, AWWA, WPCFE, 1992).
RESULTADOS
Las características fisicoquímicas del lodo, así como algunas características
microbiológicas, se pueden observar en la tabla 1 y 2.
Se utilizó un lodo lavado, el cual es lodo que llevó un tratamiento de lavado y
centrifugado con agua, para tratar de eliminar los componentes orgánicos presentes y
de esta manera analizar el efecto sobre el suelo.
Como se puede observar en la tabla 2, la cantidad de carbono, nitrógeno y fósforo que
el lodo puede aportar al suelo representa cantidades apreciables, que podrían mejorar
los nutrientes que normalmente se encuentran en los suelos
Tabla 1. Características microbiológicas de los lodos residuales de la planta de
tratamiento de aguas residuales de una industria farmacéutica.
CARACTERISTICA
Huevos de helminto
Coliformes fecales
Coliformes totales
VALOR
3 x 104 huevos kg-1 M.S
4.6 x 105 UFC kg-1 M.S
1.1 x 106 UFC kg-1 M.S
Tabla 2. Características fisicoquímicas de los lodos residuales de la planta de
tratamiento de aguas residuales de una industria farmacéutica.
CARACTERISTICA
Carbono total
Carbono inorgánico
Nitrógeno amoniacal
Sólidos volátiles
Humedad
Conductividad
Grasas
PH
Cloruros
Capacidad de intercambio catiónico
VALOR
176 gkg M.S
14 gkg-1 M.S
11 gkg-1 M.S
284 gkg-1 M.S
62 %
0.42 mSm-1
4 gkg-1 M.S
12
37 gkg-1 M.S
176.4 meq/100 g M.S.
-1
Los resultados de las dinámicas se resumen a continuación:
El pH del lodo es alto probablemente debido a su concentración de NH4+. Esta cantidad
de NH4 + representa un beneficio, si es aplicada a suelos, ya que proveerá de una
concentración apreciable de nitrógeno a la vegetación. Esta aseveración es soportada
por los resultados que se presentan con respecto a la mineralización del nitrógeno,
observando las dinámicas de nitritos y nitratos (gráficas 1 y 2), los nitritos permanecen
en concentraciones menores de 2 mg/Kg. de materia seca, mientras que los nitratos
presentan un cambio importante con la adición de lodo, ya que durante los primeros 46
días la concentración de éstos se incrementa notablemente en aproximadamente 200
mg de N/Kg. de materia seca. Después de el día 100 de la dinámica de nitratos, se
establece un equilibrio donde ya no hay cambios importantes.También en los lodos se
observa este cambio debido a que existen bacterias nitrificantes en éstos.
Los microorganismos nitrificantes son los responsables del cambio de NH4+ . a NO2- y
posteriormente a NO3-, esta mineralización no se ve afectada por la adición de lodo al
suelo, sobre todo considerando que los microorganismos responsables de la primer
reacción, son muy sensibles a cambios de pH, salinidad, y concentraciones de NH4 +
NO 2- (mg N kg -1 D.S.)
6
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
tiempo (días)
NO3- (mg N kg-1M.S.)
Fig. 1. Concentración de NO2-1 en diferentes tratamientos. -s- suelo + lodo lavado, - suelo, -¡- suelo +lodo, -n-lodo; -g- lodo lavado.
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
20
40
60
80
100
120
time (days)
Fig. 2. Concentración de NO3-1 en diferentes tratamientos. -s- suelo + lodo lavado, - suelo, -¡- suelo +lodo, -n-lodo; -g- lodo lavado.
La variación de CO2, nos indica que existe actividad microbiana y descomposición de
materia orgánica en el suelo y ésta incrementa cuando se adiciona lodo (Datos no
mostrados)
La variación de fósforo no representa cambios apreciables en el suelo y en el suelo
adicionado de lodo, pero si en los lodos. Lo anterior pueden ser cambios fisicoquímicos
que se presentan por el pH tan alto que presenta el lodo. (Gráfica 3).
PO4-3 (mg P kg -1 D.S.)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
50
100
150
tiempo (días)
Fig. 3. Concentración de fósforo soluble: en diferentes tratamientos. -s- suelo + lodo
lavado, - - suelo, -¡- suelo +lodo, -n-lodo; -g- lodo lavado.
Como se puede observar en la figura anterior la dinámica de fósforo en el suelo no es
afectada por la adición de lodo residual y que con los resultados obtenidos hasta ek
momento se podría sugerir la posible utilización de este lodo como fertilizante de suelos
forestales.
CONCLUSIONES
Por lo anterior se puede decir que la adición de lodo no afecta la biomasa del suelo y en
general podemos ver con los resultados generales que los procesos del suelo
correspondientes a nitrógeno y fósforo no son afectados por la adición del lodo y se
incrementa la concentración de nitrógeno. Este lodo podría servir para fertilizar suelos
forestales.
Aun falta evaluar los compuestos orgánicos del lodo así como la sobrevivencia de
helmintos y su afectación a la microbiología del suelo. Pero con los resultados
obtenidos hasta el momento, podemos sugerir que estos lodos se pueden utilizar para
fertilizar suelos de tipo forestal
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Depto. de Biotecnología y Bioingeniería del cinvestav, asi como al
Depto. de Química de la UPIBI IPN por la asistencia técnica y el soporte económico
para la realización de este trabajo.
REFERENCIAS
APHA AWWA WPCF 1989. Standard methods for the examination of water and
wastewater, 17th ed. Published jointly by American Public Health Association,
American Water Works Association and Water Environment Federation. American
Public Health Association, 2015 Fifteenth Street, NW Washington, DC 20005, USA.
CNA 1996. Estudio agrológico detallado de 3.000 ha en la zona Federal del Ex-Lago de
Texcoco. Informe Contrato SU-6-CO3-3-390, Comisión Nacional del Agua, México,
D.F.
Laudelout, H., Lambert, R. & Pham, M. 1976. The effect of pH and partial pressure of
oxygen on nitrification. Annales Microbiologique Paris, 127A, 367-382.
Naidu, R. & Rengasamy, P. 1993. Ion interactions and constraints to plant nutrition in
Australian sodic soils. Australian Journal of Soil Research, 31, 801-819.
SAS Institute 1989. Statistic Guide for Personal Computers. Version 6.04, Edn. SAS
Institute, Cary.