Una investigación de la Universidad Alfonso X El Sabio profundiza en el uso de residuos orgánicos y sus derivados como productos fertilizantes

Fertilización y corrección de suelos agrícolas con productos orgánicos

Rosalía Moreno Pérez, Universidad Alfonso X El Sabio17/01/2011

17 de enero de 2011

Hechos constatados son que la producción de residuos urbanos crece y que su transformación en recursos constituye la gestión idónea de los mismos. Al respecto, la Comisión Europea (CE) establece en el Sexto Programa de acción en materia de medio ambiente (Medio Ambiente 2010: 'El futuro está nuestras manos', entre otros, la reducción de la peligrosidad de los residuos. Los lixiviados estudiados en este trabajo presentan gran cantidad de sustancias tóxicas, así como otras que pueden resultar útiles para la agricultura. Al aumento poblacional se suma una práctica de cultivo intensivo que no respeta los ciclos de los nutrientes ni de regeneración de humus. Así la aplicación de correctores (enmiendas) de la estructura del suelo, se ha convertido en algo habitual. Ello ha derivado, junto a otros factores, en un ligero descenso de la superficie cultivada en el país.
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La agricultura intensiva ha dado pie a un exceso de correctores de la estructura del suelo que ha redundado, junto a otras causas, en una menor superficie de cultivo en España. En la imagen, unos agricultores recogen lechugas en Vélez (Málaga). Foto: Javier Ramos.

Es evidente que a mayor población, se requiere un incremento en la producción de alimentos. Y, para ello, es necesario que la superficie de cultivo esté disponible bajo condiciones físicas, químicas y biológicas óptimas. Por lo tanto, la demanda de productos fertilizantes ha crecido en las últimas décadas y su consumo es, cada vez, más habitual. La práctica intensiva de cultivos, sin respetar los ciclos de los nutrientes ni de regeneración de humus, ha normalizado la aplicación de correctores (enmiendas) de la estructura del suelo. Según la Encuesta sobre Superficies y Cultivos en España, en su ejercicio del 2009, los barbechos (técnica de recuperación de la tierra) han experimentado un crecimiento importante, respecto al ejercicio anterior. En consecuencia, muchas superficies no han estado disponibles para cultivar. Este hecho, junto a los precios de los imputs agrícolas, ha dado lugar a una ligera caída en superficie cultivada en el país. Los lixiviados procedentes de procesos de tratamiento de Residuos Urbanos (RU) contienen contaminantes orgánicos (alrededor de 50) con diferentes propiedades físico-químicas. Los más habituales son los sólidos totales disueltos, dureza, alcalinidad, cloruros, sulfatos, hierro y manganeso, entre otros (Pitarch et al., 2007). Asimismo, estos lixiviados presentan elevados valores de pH, nutrientes, sales y metales (tabla 1) (Gutiérrez, 2003). Varios de los contaminantes presentes en los lixiviados poseen propiedades tóxicas e incluso algunos son potencialmente cancerígenos. Desde este punto de vista, la depuración correcta se convierte en requisito indispensable para asegurar la calidad de las aguas naturales, ya que el vertido directo de este tipo de efluentes puede ocasionar riesgos graves no solo para los ecosistemas sino también para los seres humanos (Pitarch et al., 2007).

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Tabla 1: Caracterización de un lixiviado procedente de un proceso de compostaje de residuos orgánicos urbanos. Fuente: Universidad Alfonso X El Sabio.
Objetivo de la investigación

El presente trabajo persigue el análisis físico-químico de los lixiviados de compostaje de restos de podas y lodos de depuración. Para ello, se han determinado los siguientes parámetros: iones amonio (NH4+), iones fosfato (PO43-), iones nitrato (NO3-), iones nitrito (NO2-), iones hierro (II) (Fe2+), iones potasio (K+), cloro total y libre, color aparente y verdadero, temperatura, pH, conductividad, dureza, residuo seco, sólidos sedimentables y en suspensión.

El análisis físico químico indica la composición del lixiviado y da la posibilidad de valorar el aprovechamiento de los posibles recursos contenidos en los lixiviados. Básicamente, estos recursos son la materia orgánica (humus) y nutrientes para las plantas como nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K). El lixiviado se ha sometido a un proceso de adsorción para así eliminar la materia orgánica presente en el efluente y disminuir la conductividad eléctrica.

Metodología desarrollada

Se tomaron muestras compuestas en el espacio, es decir, el volumen total de la muestra se seleccionó por composición de tres volúmenes a diferentes niveles: a) en el fondo de la arqueta; b) a media altura de la arqueta y c) cerca de la superficie del lixiviado. Las muestras se conservaron bajo las indicaciones detalladas en la norma UNE-EN ISO 5667-3:1994, y de forma más detallada, en cada una de las normas que desarrollan los métodos de análisis de los diversos parámetros a estudiar.

En concreto, los lixiviados se sometieron a decantación durante una hora. Una muestra de los lixiviados decantados se analizó y se determinaron los parámetros indicados anteriormente. Otra muestra se sometió a un proceso de adsorción por contacto, utilizando carbón activado en polvo. Una vez transcurrido un tiempo de contacto del material adsorbente con los lixiviados, se filtraron y analizaron, determinándose una serie de parámetros. Se llevó a cabo una comparativa entre los resultados obtenidos en la muestra sin tratar con la sí tratada.

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Tabla 2: Caracterización físico-química de los lixiviados de un proceso de compostaje de restos de podas y lodos de depuración. Fuente: Universidad Alfonso X El Sabio.

Resultados observados 

Los ensayos realizados en la Universidad Alfonso X El Sabio evidencian que el lixiviado de un proceso de compostaje de restos de podas y lodos de depuración presenta concentraciones elevadas de materia orgánica y moderadas de nutrientes esenciales para las plantas. De esta manera, en la tabla 2 se deducen algunos de los resultados obtenidos durante el análisis de dicho efluente. Por ejemplo, que el lixiviado contiene elementos nutritivos para la planta como el nitrógeno (N), el potasio (K) o el fósforo (P).

El color indica la presencia de sustancias orgánicas disueltas (húmicas, fúlvicas o polihidroxicarboxílicas) o en suspensión (coloides orgánicos). En parte, esto puede justificar la conductividad eléctrica elevada del subproducto. Durante los ensayos de adsorción se ha observado como el carbón activado es capaz de eliminar prácticamente toda la turbidez (color) en la muestra (imagen 1).

El lixiviado de un proceso de compostaje de restos de podas y lodos de depuración tiene altas concentraciones de materia orgánica y moderadas de nutrientes para las plantas
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Imagen 1: Muestra de lixiviado decantada (izquierda) y muestra de lixiviado sometida a adsorción con carbón activado en polvo (derecha). Foto: Universidad Alfonso X El Sabio.

De esta forma, la aplicación de carbón activado contribuye a que desaparezca el color de la muestra original. Las sustancias orgánicas disueltas en el efluente quedaron retenidas en el carbón activado. La imagen 2 es un claro ejemplo de esta ausencia de turbidez. Posteriormente, se llevó a cabo una analítica para comparar los datos con la muestra original. Así, de la tabla 3 se desprenden algunas conclusiones. Como que la muestra tratada con el carbón activado contiene más cantidad de amonios disueltos que la original. Ello se debería a que estas sustancias podrían estar vinculadas a los ácidos húmicos y sufrir procesos de intercambio iónico. Los amonios también proceden de la disociación parcial de amoniaco en un medio acuoso. La presencia de materia orgánica es beneficiosa para el suelo y el desarrollo de las plantas. Sin embargo, en este caso, la presencia de materia orgánica reduce el contenido en nitrógeno y aumenta la conductividad eléctrica, siendo desfavorable para su posible aplicación en suelos.

La presencia de materia orgánica es beneficiosa para el suelo y el desarrollo de las plantas. En este caso, cuenta con bajo contenido en nitrógeno y alta conductividad eléctrica, siendo desfavorable
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Imagen 2: Lixiviado sin turbidez (muestra tratada con carbón activado en polvo). Foto: Universidad Alfonso X El Sabio.

Asimismo, la tabla 3 evidencia un ligero aumento en el valor del pH que puede estar relacionado con el mayor número de iones amonio y fosfatos disueltos en la muestra tratada. Además, el cloro libre y total se ha determinado tras el proceso de adsorción con el carbón activado, debido a que el instrumental empleado no permite la presencia de turbidez en las muestras. Por último, la conductividad eléctrica baja tras el tratamiento con el carbón, debido a que se ha retirado parte de la materia disuelta como por ejemplo, algunos iones. Este valor podría ser óptimo para su aplicación en suelos si se ajusta a las condiciones del suelo y los cultivos.

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Tabla 3: Comparativa entre la caracterización de la muestra original y tras el tratamiento de adsorción.

Notas de la tabla: 1 Hace referencia a la turbidez de la muestra original. Puesto que ya ha sido tratada y filtrada, no se puede cuantificar. 2 Unidades de Cobalto Platino.

Conclusiones

Los análisis realizados a los lixiviados muestran un elevado contenido en materia orgánica que se debe aislar y cuantificar si se quiere aprovechar para fines agronómicos como productos fertilizantes (abonos y enmiendas del complejo edáfico del suelo). Además, los análisis también indican que las muestras observadas contienen nitrógeno amoniacal (NH4+) y en forma nítrica (NO3-). Del mismo modo, se ha hallado presencia de calcio (Ca), carbonatos (CO3-2), fosfatos (PO43-), potasio en forma soluble (K +), etc. Estos elementos son considerados nutrientes para las plantas, y por tanto, se deben recuperar y devolver a su ciclo natural en forma de abono. Tras los procesos de decantación, adsorción y posterior filtración se han eliminado los sólidos sedimentables, gran parte de los sólidos disueltos y en suspensión. También se ha suprimido de la muestra la turbidez (color).

El tratamiento con carbón activado en polvo no resulta muy eficaz para la recuperación de la materia orgánica dado que las características del material adsorbente utilizado no permiten su recuperación, y por ello, tampoco el aislamiento de la materia orgánica. Para este último, se propone someter a los lixiviados a una extracción fraccionada. De esta forma, se pueden separar las fracciones de la materia orgánica disuelta (humus y huminas). Una vez aisladas las sustancias húmicas, la mezcla se debe acondicionar para su posterior aplicación en suelos como enmienda.

Para el aprovechamiento de los nutrientes contenidos en los lixiviados se sugiere la eliminación de la turbidez mediante técnicas de adsorción y el posterior acondicionamiento y enriquecimiento del efluente obtenido para así conseguir un producto fertilizante, bajo las especificaciones del RD 824/2005, sobre Productos Fertilizantes.

Referencias bibliográficas

Encuesta sobre superficies y rendimientos de cultivos en España-Ejercicio 2009. Disponible para su consulta en: http://www.mapa.es/estadistica/pags/encuestacutivos

Gutiérrez Martín (2003), F. Artículo ‘Tratamiento y oxidación avanzada de lixiviados de residuos sólidos urbanos’. Revista Ingeniería Química.

Pitarch, E., López, F., Marín, J., Hernández, F. (2007) ‘Estrategia analítica para el control de contaminantes orgánicos prioritarios en aguas de lixiviado de plantas de tratamiento de RSU’. Universidad Jaime I. Instituto Universitario de Plaguicidas y Aguas (IUPA). Revista Residuos. Vol. Nº 95. Enero – Febrero. Pág. 46-55.

Real Decreto 824/2005, de 8 de julio, sobre Productos Fertilizantes. BOE nº 171.

Otros autores: Tomás García Martín (Escuela Politécnica Superior. Universidad Alfonso X El Sabio); José María Storch de Gracia y Asensio (Escuela Politécnica Superior. Universidad Alfonso X El Sabio); Esther Arellano Pérez (Escuela Politécnica Superior. Universidad Alfonso X El Sabio).

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