Lodos de depuradora : una visión integral para su posible aplicación a suelos desde una perspectiva agrícola

Abstract

Dentro de los usos que se puede ofrecer a los lodos EDAR, debido a que contienen una cantidad elevada de materia orgánica y un más que aceptable contenido en elementos nutricionales, es su consideración (siempre que no hayan elementos en contra que introduzcan toxicidad) como enmiendas orgánicas o incluso, como fertilizantes orgánicos, susceptibles de ser reciclados en los suelos y conseguir para los mismos una mejora en productividad, fertilidad, y por tanto un su calidad. Precisamente, en zonas como la Región de Murcia donde existen una continua degradación de suelos que les lleva a perder materia orgánica, así como productividad desde un punto de vista agronómico, la posibilidad de disponer de fuentes exógenas de materia orgánica como los lodos EDAR, que puedan ser recicladas en los suelos, es algo muy a tener presente. Por tanto, una posible solución mejorar la calidad de suelos agrícolas sería entonces emplear como fuente de materia orgánica para ellos aquella contenida en los lodos EDAR, consiguiendo de este modo, por una parte, mejorar la fertilidad de dichos suelos, y por otra, eliminar racionalmente los residuos mediante su reciclado en dichos suelos (conversión de un Residuo en un Recurso). En este contexto, esta Tesis Doctoral se propuso como Objetivo principal generar conocimiento sobre una gran cantidad de lodos producidos en nuestra Comunidad Autónoma, con ánimo de comprobar sus posibilidades para reciclarlos en suelo desde un punto de vista agronómico, e incluso ambiental. Este estudio valora parámetros de índole agronómico que pueden justificar la consideración de los lodos como “enmiendas orgánicas” o incluso “fertilizantes orgánicos”, ya que la finalidad de este estudio es conocer la posibilidad de reciclar lodos en los suelos agrícolas de la Región de Murcia. Para alcanzar este Objetivo General, la Tesis Doctoral ha llevado a cabo una parte experimental consistente en una amplia serie de analíticas, realizadas sobre lodos EDAR producidos en un conjunto de depuradoras de tratamiento de aguas urbanas situadas en la Comunidad Autónoma de Murcia (30 en total), cerca del 90 % del total de lodos que se producen en nuestra Región. La mencionada parte experimental ha consistido en los correspondientes muestreos (tres al año, para poder comprobar la posible variabilidad estacional de los lodos), así como la determinación en todas las muestras de un set de parámetros al objeto de monitorizar su comportamiento cara a poder reciclar lodos EDAR en los suelos desde una perspectiva agronómica. Se han estudiado parámetros de tipo físico (contenido en humedad), parámetros físico-químicos (pH y CE), nutricionales (macro y micronutrientes), y otros de índole ambiental (metales pesados, contaminantes orgánicos como bifenilos, LAS, nonifenoles y, PAH,s). También se ha llevado a cabo un estudio sobre parámetros indicativos de la actividad y la biomasa microbiana de los lodos, tanto de índole "general", tales como la respiración de suelo, el contenido de adenosín trifosfato (ATP) y de carbono de la biomasa microbiana, como de índole "especifico" entre los que citaremos a diversas actividades enzimáticas (oxidorreductasas como la actividad deshidrogenasa, como hidrolasas: ureasas, fosfatasas y b-glucosidasas). Asimismo, se han determinado parámetros referidos a su problemática microbiológica ligada a microorganismos patógenos contenidos en los lodos estudiados. Esta fase del estudio se consideró de interés debido a la importancia que el grado de higienización de los lodos puede tener en un futuro. Por último, se estudió la ecotoxicidad de los residuos, empleando un bioensayo de luminiscencia con la bacteria Photobacterium phosphoreum. La evaluación de la fitotoxicidad de los lodos mediante ensayos de germinación (test de plantas) de dos especies vegetales de diferente grado de sensibilidad a los efectos de la contaminación: cebada (Hordeum vulgare L.) y berro (Lepidium sativum L.) se ha considerado adecuada en este estudio. Todas las muestras, tomadas en las condiciones adecuadas de muestreo, se muestrearon por triplicado para poder someter las mismas a tratamiento estadístico. La CONCLUSION GENERAL a este estudio, es que la mayor parte de los lodos EDAR estudiados por nosotros pueden ser usados como una fuente de materia orgánica apropiada para ser adicionada a suelos con ánimo de conseguir mejorar en los mismos su productividad y fertilidad. Sin embargo, la salinidad que pueden aportar, así como elementos tóxicos tales como metales pesados puede suponer también una traba, y por ello interesa que contengan una cantidad mínima de los mismos. Se recuerda en este punto, que para el uso agrícola de lodos se sigue la legislación marcada en el Real Decreto 1310/1990, en donde se señalan las cantidades máximas de metal pesado que pueden contener los lodos para poder ser usados en agricultura. Por supuesto, otros aspectos como los contenidos en microorganismos patogénicos, o incluso compuestos carbonados difícilmente volatilizables deben ser considerados más que por la problemática inmediata, por su potencialidad en el futuro. Se concluye pues que hay que conocer mediante una exhaustiva analítica, el material que será reciclado en un suelo (en este caso, los lodos), para así comprobar que está exento de riesgos. Hemos asimismo de señalar que no se detectan efectos negativos en algunos parámetros de calidad, como los relacionados con actividad microbiana. Sin embargo, hemos de tener presente que se ponen de manifiesto efectos positivos derivados de la carga orgánica de los lodos (biota), y otros negativos derivados de su posible contaminación; si los positivos superan a los negativos, éstos últimos no se manifiestan, pero no indica que no estén presentes. Algo también a tener presente es el antagonismo o sinergismo que puede darse entre diversos metales o contaminantes, los cuales pueden marcar una pauta de comportamiento. Todo esto confirma la necesidad de conocer de la manera más adecuada posible, la calidad de la enmienda o fertilizante orgánico que se puede usar. El tratamiento al que se someten los lodos en la planta de tratamiento tiene incidencia sobre algunos de los parámetros estudiados en este Memoria; pero la calidad de las aguas entrantes, o incluso la zona donde se sitúan las depuradoras (zona con intervenciones metálicas, por ejemplo), es más incidente en muchos de los casos, que el propio tratamiento. De manera complementaria y al igual que ocurre con el Programa de Caracterización de Lodos de Depuradoras Generados en España publicado por el Ministerio de Medio Ambiente en 2009 y el Plan Nacional de Lodos de Depuradora integrado dentro del Plan Nacional Integrado de Residuos 2008-2015, con esta Memoria se ha pretendido mejorar el conocimiento sobre la composición de los lodos de las depuradoras de aguas residuales en la Comunidad Autónoma de la Región de Murcia y por ende del Estado Español (metales pesados, parámetros agronómicos, patógenos y contaminantes orgánicos), con la finalidad última de utilizar los conocimientos derivados de esta Tesis para la revisión del Plan Nacional de Lodos de Depuradora integrado dentro del Plan Nacional Integrado de Residuos 2008-2015.

Due to the significant quantities of organic matter and nutritional elements that WWTP sludges contain, the most important potential application of this waste is as an organic amendment or even as an organic fertilizer (provided it does not contain toxic elements as well). Such sludges can be recycled in the soil and thus improve the productivity, fertility and, ultimately, the quality of the soil. In areas like the Region of Murcia where soil degradation is incessant, resulting in lost organic matter and lost agricultural productivity, the possibility of obtaining exogenous sources of organic matter like WWTP sludges that can be recycled in the soil is particularly attractive. Using WWTP sludges as a source of organic matter is therefore one possible solution for improving the quality of agricultural soils. This would not only improve soil fertility, but also provide a means to rationally eliminate waste by recycling it in degraded soils (thus converting Waste into a Resource). Nevertheless, this recycling process should be able to be carried out without posing a risk to the soil on account of the excessive toxic elements that sludges sometimes contain. When the toxic elements in sludges reach levels that constitute a risk to the soils where they are to be recycled, their use as an amendment should be prohibited. The main goal of this Doctoral Thesis was to generate knowledge about a significant number of the sludges produced in our Region in order to assess their potential for being recycled in the soil from an agricultural as well as environmental point of view. Given this ultimate purpose – to determine the possibility of recycling sludges in agricultural soils in the Region of Murcia – agronomic parameters were evaluated that could be used to justify the use of sludges as "organic amendments" or even as "organic fertilizers". The treatment processes the sludges were submitted to (mainly anaerobic or prolonged aerobic) were also considered as variables in some of the parameters studied. To achieve this Overall Goal, this Doctoral Thesis includes an experimental component in which a wide range of analyses were performed on WWTP sludges produced in a group of urban wastewater treatment plants located in the Region of Murcia (a total of 30). These treatment plants generate about 90% of the total sludge produced in the Region. The experimental component of the Thesis involved collecting samples at three different times of the year (in order to evaluate for possible seasonal variability among the sludges) and determining a set of parameters in all samples in order to monitor their behaviour and thus assess the possibility of recycling WWTP sludges in agricultural soils. The following parameters were studied: physical parameters (moisture content); physical-chemical parameters (pH and EC); nutritional parameters (macro and micronutrients); and other parameters of an environmental nature (heavy metals, organic pollutants such as polychlorinated biphenyls, LAS, nonylphenols and PAHs). A study was also conducted on parameters indicative of the microbial activity and biomass of the different sludges, both of a "general" nature, such as soil respiration and the Adenosine Triphosphate (ATP) and carbon content of the microbial biomass, and of a "specific" nature, including various enzymatic activities (of oxidoreductases, such as dehydrogenases; and of hydrolases, such as ureases, phosphatases and -glucosidases). Furthermore, parameters were determined for microbiological problems linked to the pathogens contained in the sludges studied. This phase of the study was deemed of interest given the potential importance that the degree to which sludges are sanitised may have in the future. Finally, the ecotoxicity of the wastes was studied by means of a bioassay using the luminescent bacteria Photobacterium phosphoreum. For the purposes of this study, it was considered adequate to assess the phytotoxicity of the sludges by means of germination assays (a test using plant seeds) of two plant species displaying different degrees of sensitivity to the effects of sludge phytotoxicity, as are barley (Hordeum vulgare L.) and cress (Lepidium sativum L.). All samples, taken in appropriate sampling conditions, were collected in triplicate so they could be submitted to statistical treatment. The GENERAL CONCLUSION of this Thesis is that most of the WWTP sludges studied can be used as a suitable source of organic matter for amending soils with the goal of improving soil productivity and fertility. However, sludges can also pose a threat to the soil by adding salinity and toxic elements such as heavy metals. It is thus important that sludges contain minimum amounts of these substances. It is worth recalling that the agricultural use of sludges is currently regulated by legislation in Spain, by the Royal Decree 1310/1990, which indicates the maximum amounts of heavy metal that sludges can contain for agricultural use. In determining this quality, it is also of course important to take other aspects into consideration such as pathogenic microorganism content and even the amount of minimally volatile carbon compounds, and not just for the immediate problems they pose, but also due to their potential to cause problems in the future. It is therefore essential to perform comprehensive analyses of materials that are to be recycled in soils (in this case, sludges) to ensure they are free of risk. It is of note that no adverse effects were detected in some of the quality parameters studied, such as those linked to microbial activity. However, we must keep in mind that the organic content of sludges (biota) demonstrates positive effects but that it can also have negative effects resulting from possible contamination. If the positives outweigh the negatives, the latter do not show up, but this does not mean they are not present. Another thing to consider is the antagonism or synergism that can occur between different metals or contaminants, both of which can set a behavioural pattern. All of these concerns accentuate the need to understand to the greatest extent possible the quality of the amendments or organic fertilizers that are to be used in the soil. The treatment processes sludges went through in the treatment plant influenced some of the parameters studied in this Thesis. Nevertheless, the quality of incoming water or even the location of the treatment plants (areas with metal operations, for example) had an even greater impact in many cases than the treatment process itself. The goal of this Thesis was to improve knowledge about the composition of the sludges produced in wastewater treatment plants in the Autonomous Community of the Region of Murcia and, ultimately, in Spain as a whole (heavy metals, agronomic parameters, pathogens and organic contaminants). This objective complements the Programa de Caracterización de Lodos de Depuradoras Generados en España published by the Ministry of Environment in 2009 and the Plan Nacional de Lodos de Depuradora , which is part of the Plan Nacional Integrado de Residuos 2008-2015 . The ultimate aim of this Thesis is to apply the knowledge acquired to revising the Plan Nacional de Lodos de Depuradora (part of the Plan Nacional Integrado de Residuos 2008-2015).