APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS DE LA PLANTA DE …
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1 APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE TUNJA, COMO ALTERNATIVA DE SUSTRATO EN LA REVEGETALIZACIÓN DE TALUDES. CLAUDIA FERNANDA RUBIANO LÓPEZ UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE POSGRADOS MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL TUNJA-BOYACÁ 2019
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APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
RESIDUAL DE TUNJA, COMO ALTERNATIVA DE SUSTRATO EN LA
REVEGETALIZACIÓN DE TALUDES.
CLAUDIA FERNANDA RUBIANO LÓPEZ
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE POSGRADOS
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
TUNJA-BOYACÁ
2019
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APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
RESIDUAL DE TUNJA, COMO ALTERNATIVA DE SUSTRATO EN LA
REVEGETALIZACIÓN DE TALUDES.
CLAUDIA FERNANDA RUBIANO LÓPEZ
Trabajo de investigación para optar el título de
Magister en Ingeniería Ambiental
Directora
GLORIA LUCIA CAMARGO MILLÁN
Ing. Química
Magister en Ingeniería Civil
Docente
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE POSGRADOS
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
TUNJA-BOYACÁ
2019
3
Nota de aceptación
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________________________________________
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Firma del presidente del jurado
_______________________________________
Firma del jurado
_______________________________________
Firma del jurado
Tunja, agosto de 2019DEDICATORIA
4
Dedico este trabajo a la gracia de Dios, quien me ha permitido a lo largo de la vida alcanzar mis
metas y lograr los objetivos propuestos, a la Virgen, por ser mi inspiradora y darme fuerza para
continuar en este proceso de obtener uno de mis anhelos más deseados.
A mi madre y especialmente a mi hija Valeria Fernanda por su mor ompr ns n y s r o
n to os stos os r s ust s lo r o ll r st qu y onv rt rm n lo qu soy
A mis hermanas y mi tía, por estar siempre presentes, acompañándome, impulsándome a través
del apoyo moral.
A todas las personas que me han apoyado y han hecho que el trabajo se realice con éxito en
especial a aquellos que me abrieron las puertas y compartieron sus conocimientos.
5
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a la Ingeniera Gloria Lucia Camargo por su apoyo, colaboración, orientaciones como
directora de la investigación y docente de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia.
Agradecimiento a la Bióloga, Zulma Rocha, por su apoyo, docente de la Universidad de
BOYACÁ
Reconozco a PROACTIVA AGUAS DE TUNJA S.A. E.S.P., hoy (VEOLIA), quien durante el
año 2017 me autorizó y permitió la primera generación y producción de material de biosólidos,
como materia prima para la investigación.
Especial gratitud al administrador y operadores del Jardín Botánico de la Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia.
Gracias al director de la Escuela de Ingeniería Ambiental, por autorizar el trabajo en el
laboratorio de agua durante la primera etapa experimental, así como al Grupo de Gestión de
Investigación y Extensión–CIECA, Laboratorio de Diagnóstico en Suelos y Aguas. Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia.
Agradecimiento especial al grupo de investigación Biología Ambiental, Universidad Pedagógica
y Tecnológica de Colombia.
Reconocimiento para el centro de la investigación e innovación en ciencia y tecnología de
materiales. INCITEMA, UPTC.
Agradecimiento personal hacia el laboratorio de agua de la Escuela de Ingeniería Ambiental,
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.
Agradecimiento muy especial a mis amigas Martica y Jesica.
6
1 Contenido
2 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 10
3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................ 11
4 JUSTIFICACIÓN................................................................................................................................ 12
5 OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 13
5.1 Objetivo General ......................................................................................................................... 13
5.2 Objetivos Específicos .................................................................................................................. 13
6 MARCO CONCEPTUAL. .................................................................................................................. 13
6.1 MARCO TEORICO. ................................................................................................................... 13
6.1.1 Aguas residuales. ................................................................................................................. 13
6.1.2 Planta de tratamiento de aguas residuales. .......................................................................... 14
6.1.3 Tipos de Planta de Tratamiento de aguas residuales (PTAR). ........................................... 14
6.1.4 Residuos generados en PTAR. ............................................................................................ 16
6.1.4.3 Biosólidos ............................................................................................................................ 17
6.1.5 Clasificación de los Biosólidos. .......................................................................................... 18
6.1.6 Características de los Biosólidos. ........................................................................................ 18
6.1.7 Caracterización microbiológica de los Biosólidos. ............................................................. 19
6.1.8 Métodos de estabilización de biosólidos. ............................................................................ 21
6.1.9 Tratamiento químico. .......................................................................................................... 22
6.1.10 Vegetalizacion. .................................................................................................................... 23
6.1.11 Talud ................................................................................................................................... 23
6.2 Estado del Arte. ........................................................................................................................... 23
6.2.1 Contexto mundial sobre la demanda de agua. ..................................................................... 23
6.2.2 Problemáticas de infraestructura para tratamiento de aguas residuales. ............................. 24
6.2.3 Contexto mundial de Biosólidos. ........................................................................................ 25
6.2.4 Contexto nacional y Biosólidos. .......................................................................................... 25
6.2.5 Aporte de nutrientes en los Biosólidos en el país. ............................................................... 26
6.2.6 Aporte de materia orgánica de Biosólidos. ......................................................................... 27
6.2.7 Sistemas de cobertura destinados a la protección de taludes............................................... 28
6.2.8 Enmiendas orgánicas con Biosólidos .................................................................................. 30
6.2.9 Mezcla optima entre Biosólidos y suelo de talud vial, con semilla para revegetalizar. ...... 30
6.2.10 Compostaje de biosolidos. ................................................................................................... 31
7
6.2.11 Procesos alcalinos de estabilización. ................................................................................... 31
7 DISEÑO METODOLÓGICO. ............................................................................................................ 32
7.1 Descripción del tipo de investigación. ........................................................................................ 32
7.1.1 Descriptiva. ......................................................................................................................... 32
7.1.2 Correlacional. ...................................................................................................................... 32
7.1.3 Hipótesis. ............................................................................................................................. 33
7.1.4 Variables relacionadas con la adición de nopal en mezclas de cemento: ............................ 33
7.2 Criterios de validez...................................................................................................................... 34
7.2.1 Análisis estadístico de la información. ................................................................................ 34
7.2.2 Diseño factorial. .................................................................................................................. 35
7.3 Presentación y realización de etapas ........................................................................................... 38
7.3.1 Retiro del material orgánico para la presente investigación. ............................................... 38
7.3.2 Unidad experimental ........................................................................................................... 38
7.4 Tratamiento alcalino en bioslidos. .............................................................................................. 39
7.5 Dosis óptima para estabilizar patógenos en los biosólidos. ........................................................ 39
7.6 Preparación de las mezclas. ......................................................................................................... 42
7.7 Mezcla optima entre biosólido y suelo de talud vial ................................................................... 42
7.8 Ensayos piloto aplicando eco técnicas simulando talud vial con diferentes ángulos de
inclinación. .............................................................................................................................................. 43
7.9 Montaje ....................................................................................................................................... 43
7.10 Eco tecnologías implementadas .................................................................................................. 44
7.10.1 Hidrosiembra. ...................................................................................................................... 44
7.10.2 Geomalla ............................................................................................................................. 44
8 RESULTADOS ................................................................................................................................... 45
8.1 Desarrollo tratamiento estabilización biosólidos ........................................................................ 45
8.2 Presencia de Microorganismos En Biosolidos ............................................................................ 47
8.2.1 . Caracterización química de biosólidos .............................................................................. 49
8.3 Resultados de laboratorio del suelo extraído del talud vial. ........................................................ 49
8.4 Resultados de parámetros por estabilizar biosólidos. .................................................................. 50
8.4.1 TEMPERATURA ............................................................................................................... 50
8.4.2 HUMEDAD ........................................................................................................................ 51
8.4.3 pH ........................................................................................................................................ 52
8
8.4.4 Resultados microorganismos y parásitos con estabilización alcalina. ................................ 54
8.4.5 Dosis escogida en tratamiento alcalino de biosólidos. ........................................................ 54
8.5 Resultados de revegetalización. ................................................................................................ 55
8.5.1 Resultados de los tratamientos suelo de enmienda con semillas de gramíneas. .................. 55
8.5.2 Resultados de la composición física y química de los tratamientos enmendados con
semilla… ........................................................................................................................................... 55
8.5.3 Variables químicas. ............................................................................................................. 57
8.5.4 Capacidad de intercambio catiónico. ................................................................................... 59
8.5.5 Contenido de fosforo ........................................................................................................... 60
8.5.6 Conductividad eléctrica ....................................................................................................... 61
10.6. ENSAYO PILOTO SIMULANDO TALUD VIAL............................................................ 63
11. CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 69
12. RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 69
13. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA. ........................................................................................... 70
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Modelo general del proceso experimental. .................................................................... 35
Figura 2. a).Entrega del subproducto para la investigación; Biosólidos extraído de PTAR. ........ 38
Figura 3.Condiciones del invernadero para realizar la investigación. ........................................... 39
Figura 4. Talud vial utilizado en el proeycto de investigación. ..................................................... 43 Figura 5. a). Biosólido extraido de PTAR; b). Biosólidos mezclado con cal. ............................... 45
Figura 6; a). Mezcla biosólidos con cal viva al 8%; b). Figura 7. Mezcla biosólido con cal viva
al 15% ............................................................................................................................................ 46 Figura 8; a). Mezcla biosólido con cal hidratada al 8%; b). Mezcla biosólido con cal hidratada al
15%; c). Mezcla biosólido con cal hidratada al 30%. ................................................................... 46
Figura 9. Preparación muestra y determinación pH a biosólido y dosis del tratamiento alcalino 47 Figura 10. Ensayo para determinar patógenos en la mezcla biosólido con tratamiento alcalino. . 47 Figura 11. a). Siembra de T1 con pasto kikuyo; b). Siembra tratamiento (T3) con pasto vetiver;
c). (a) Siembra del T3 con estolón de pasto kikuyo; d). Siembra (T) con estolón de pasto vetiver.
....................................................................................................................................................... 55
Figura 12. Textura del Biosólidos-suelo Talud Fuente: Autor. ..................................................... 56
Figura 13. pH en las diferentes mezclas suelo Talud-Biosólido. .................................................. 57
Figura 14. Presencia de materia orgánica en los tratamientos ....................................................... 58 Figura 15. Iones intercambiables en las muestras de suelo de talud mezcladas con Biosólidos. .. 60 Figura 16. Resultados presencia de fosforo (P). ............................................................................ 61 Figura 17. Resultados de conductividad eléctrica al final del ensayo. .......................................... 62 Figura 18. ....................................................................................................................................... 63 Figura 19. Montaje y simulando ángulos de inclinación en un talud via ...................................... 64
9
Figura 20. a) Montaje general experimento simulando ángulos de inclinación en talud.
Ilustración 24; b). simulación de ángulos de 45° y 60° con suelo enmendado. ............................ 64 Figura 21. Kikuyo seleccionado para siembra en ensayo piloto ................................................... 65 Figura 22. Instalación de geomalla en inclinación de 60° ............................................................. 65 Figura 23. a). Aplicación de resina de Nopal en hidrosiembra. b). apariencia del aglutinante. .... 66 Figura 24. Diferentes hidrosiembra en Unidades experimentales. ................................................ 66
Figura 25. a). Condiciones del nopal en la técnica de hidrosiembra. Ilustración; b). Desarrollo y
crecimiento con hidrosiembra a 60°; c). Presencia de hidrosiembra a 70°registró suelo de
enmienda aplicando las geomalla y nopal respectivamente. ......................................................... 67
LISTA DE TABLAS.
Tabla 1. Límites máximos de metales pesados de residuos según norma NTC-5167................... 19 Tabla 2. Comparación de Valores Máximos Permisibles de Metales en los Biosólidos. ............. 19
Tabla 3. Criterios microbiológicos para la caracterización de biosólidos. .................................... 20 Tabla 4. Características agrologicas de los biosólidos en Colombia. ............................................ 27 Tabla 5. Esquemas de las variables dependientes e independientes.............................................. 33
Tabla 6. Parámetros químicos y microbiológicos analizados al inicio y final del tratamiento. .... 40 Tabla 7. Parámetros químicos y microbiológicos analizados al inicio y final del tratamiento. .... 40
Tabla 8. Frecuencia y toma de información ................................................................................. 41 Tabla 9. Tratamiento y dosis aplicadas en las mezclas de biosólido............................................. 42 Tabla 10. Caracterización Microbiológica biosólidos PTAR-Tunja. ............................................ 47
Tabla 11. Caracterización Química- metales pesados. .................................................................. 49
Tabla 12. Valores de nutrientes en suelo de talud vial .................................................................. 49 Tabla 13. Medición de temperatura en tratamientos alcalinos de Biosólidos. .............................. 50 Tabla 14. Resultados de humedad en los tratamientos, día cero y día siete. ................................. 51
Tabla 15. Resultados del cambio del pH por tratamientos alcalinos ............................................. 52 Tabla 16. Presencia de microorganismos con tratamiento de estabilización alcalina. .................. 54
10
2 INTRODUCCIÓN
La población mundial está aumentando y se concentra en centros urbanos. Esta tendencia es
particularmente intensa en los países en desarrollo; en consecuencia existen un incremento de
residuos, incluidos lodos y aguas residuales; el destino de estos desechos es muy diferente según
el contexto pueden recogerse o no, tratarse o no y, finalmente, usarse directamente,
indirectamente o terminar sin un uso beneficioso. Por lo tanto, si el agua residual es tratada en
los diferentes procesos o sistemas de tratamiento se obtienen productos como residuos sólidos,
arena, espuma y lodos, este último es producido en operaciones y procesos de tratamiento de
aguas residuales, el cual suele ser líquido o semisólido, en consecuencia los procesos de
procesamiento, evacuación y disposición se considera un problema complejo debido a la materia
orgánica poco asépticas y difícil de tratar manualmente, simultáneamente con el alto costos que
involucra la disposición final de estos desechos ha generado problemas ambientales al intentar
almacenarlo, incinerarlo, o vértelo en fuentes hídricas u océanos. No obstante el uso y
disposición de lodos y biosólidos ha cambiado con el tiempo, aplicándose en diversidad de
campos, especialmente como fertilizantes y mejoradores de suelo para cultivos, debido al alto
contenido de nutrientes y materia orgánica, de gran valor para ser aprovechados y considerados
como alternativa de uso, de acuerdo con la categoría y clasificación, establecidos en el Decreto
N. 1287 de 2014, "Por el cual se establecen criterios para el uso de los biosólidos generados en
plantas de tratamiento de aguas residuales municipales". Con base en lo anterior, la presente
investigacion tiene como fin la utilización de biosólidos como subproducto como alternativa de
sustrato en la revegetalización de taludes; para este fin se realizaron caracterizaciones físicas,
químicas y microbiológicas del subproducto, según la clasificación de los biosólidos a partir de
la legislación colombiana, estableciendo los criterios para su uso de acuerdo a su categorización;
posteriormente se realizó ensayos con el fin de neutralizar y/o estabilizar la presencia de
microorganismo, utilizando tratamientos alcalinos con el fin de realizar el montaje de dos
mezclas de biosólidos y suelo extraído de taludes viales, junto a semillas de gramíneas, en
búsqueda de establecer los parámetros de materia orgánica y aporte de nutrientes de los
biosólidos, estudiando el desarrollo, crecimiento y fijación del material vegetal por tres meses
con un suelo del talud vial y consecutivamente se evaluó la estabilidad a diferentes ángulos de
inclinación aplicando dos eco técnicas de empradizar. Los resultados obtenidos determinaron
que los bíosólidos generados en la planta de tratamiento de agua residual de Tunja incrementaron
la velocidad del crecimiento vegetal, mejoramiento paisajístico y estabilidad en talud vial, a su
vez generar un cambiando de paradigma y reutilización de desechos para fines ambientales.
11
3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Como consecuencia del aumento en la generación de agua residual, las cuales originan
potenciales peligros de infección parasitaria, enfermedades gastrointestinales, entre otras
preocupaciones relacionadas con la salud pública y el medio ambiente; en consecuencia a partir
del año 2017 se inició la operación de la planta de tratamiento de aguas residuales en la ciudad
de Tunja, en la cual se generan residuos sólidos como los lodos, provenientes de diferentes
procesos de tratamientos realizados en la planta con el fin de obtener un efluente que cumpla
con las disposiciones ambientales, con el objeto de descargarlo en fuentes receptora limpias y
aptas para el medio ambiente y consumo humano. Sin embargo, los lodos contienen sustancias
contaminantes y peligrosas para la salud y el entono, para el caso específico en la planta de la
ciudad de Tunja, se realiza tratamiento de espesamiento, digestión anaerobia y deshidratación,
obteniendo un sub producto denominado biosólido, el cual se considera como material de
cobertura en el relleno sanitario de Pirgua. No obstante, a partir del 2014, se establecen los
criterios para el uso de biosólidos generados en una planta de tratamiento de agua residual
municipal, dado que este subproducto presenta un importante alto contenido de nutrientes y de
materia orgánica, de gran valor para ser aprovechados y considerados como alternativa de uso en
cultivos; Sin embargo, los estudios e investigaciones realizados en Colombia relacionadas con
los “b os l os” s b s ron en parámetros establecidos en normas internacionales, sin existir una
investigación actual basada en los parámetros establecidos bajo el decreto 1287 de 2014 en la
ciudad de Tunja; por lo tanto las investigaciones relacionadas con el aporte cuantitativo de
materia orgánica y nutriente del biosólidos de la planta de tratamiento de agua residual de la
ciudad de Tunja, incrementando la posibilidad de aprovechamiento a través de técnicas de
revegetalización en taludes viales; estos últimos suele afectar el paisaje y ocasionar problemas de
orden público debido a la inestabilidad del sustrato, afectado por lluvias o movimiento de tierras;
en consecuencia la utilización de biosólidos podría generar una recuperación paisajística y un
reforzamiento del talud a causa del crecimiento vegetal; no obstante pese a las numerosas
investigaciones relacionadas que sustentan su aprovechamiento; el uso de biosólidos radica en el
tiempo maduración de la planta de tratamiento de agua residual de la ciudad de Tunja, la cual
solo inicio operaciones a partir del año 2017 y el Operador, PROACTIVA, AGUAS DE TUNJA,
(hoy VEOLIA AGUAS DE TUNJA S.A. ESP) realizó operaciones durante nueve meses en el
arranque y en etapa de maduración; por tal motivo no se cuenta con estudios o información
relacionada con la caracterización, categoría y alternativa de uso de los biosólidos. En
consecuencia es pertinente formular la siguiente pregunta de investigacion:
¿Cuál es el efecto al incluir biosólidos generados en la planta de tratamiento de agua residual de
Tunja, en la revegetalización y estabilidad de taludes viales?
12
4 JUSTIFICACIÓN.
La ciudad de Tunja, capital del departamento de Boyacá, situado sobre la cordillera oriental de
los Andes, muy cercana a la ciudad capital Bogotá, es la ciudad capital más alta del país,
asimismo esta ciudad alberga un conjunto monumental e histórico que precede su antigüedad, la
cual es reconocida como un importante centro literario, científico, cultural e histórico. Además,
la ciudad de Tunja al igual que otras ciudades capitales, concentra toda la población en la urbe,
lo cual conlleva la orientación en inversión social hacia esta zona, atendiendo las altas demandas
de servicios públicos, salud, educación, vivienda, saneamiento básico, lo cual ha generado una
alta cuantía de aguas residuales, las cuales tradicionalmente se disponían, vertiéndose de forma
directa fuentes hídricas naturales. Sin embargo, la Alcaldía municipal, a través de convenios
interinstitucionales obtuvo recursos para la financiación de la construcción de los módulos I, II y
III de la planta de tratamiento de agua residual, terminada a finales del año 2016. En
consecuencia, la planta ha generado un impacto positivo en la salud pública y el medio ambiente,
aunque el aprovechamiento de los residuos generado por esta planta todavía no se ha
consolidado, se ha derivado un interés de aplicar la norma ambiental colombiana, determinando
las propiedades físicas, químicas y microbiológicas del subproducto que genera la planta de
tratamiento de agua residual y proponiendo una alternativa de aprovechamiento en el uso de
taludes viales desprotegidos y carentes de materia orgánica; por lo tanto, se considera como producto final, la obtención de una alternativa amigable con el medio ambiente al aprovechar los
biosólidos que produce esta la planta de tratamiento de agua residual y así controlar los impactos
ambientales generados de los subproducto producidos al estabilizar y ofrecer beneficios sociales,
ambientales y económicos en la recuperación del paisaje.
.
13
5 OBJETIVOS
5.1 Objetivo General
Aprovechar los biosólidos generados en la planta de tratamiento de agua residual de la
ciudad de Tunja, mediante la aplicación de eco técnicas de revegetalización para el
mejoramiento paisajístico de un talud vial.
5.2 Objetivos Específicos
Utilizar el subproducto generado por la planta de tratamiento de agua residual de Tunja, en
la presente investigación como acondicionador de suelos.
Analizar las propiedades físicas, químicas y microbiológicas de los biosólidos de la planta
de tratamiento de agua residual de la ciudad de Tunja mediante las normas ambientales
legales vigentes de acuerdo con la categoría y su clasificación, para alternativas de uso.
Evaluar la reducción microbiológica presente en los biosólidos a través de utilizando
tratamiento alcalino para garantizar el aprovechamiento en suelos que carecen de materia
orgánica y nutrientes.
Comparar mezclas de biosólidos con semilla de gramínea y material de talud vial, mediante
diferente composición, para el aporte de nutrientes y de materia orgánica.
Experimentar dos aeco técnicas (hidrosiembra y geomalla) a escala piloto para escoger los
mejores resultados en el desarrollo y crecimiento del material vegetal en la revegetalización
en un talud vial para diferentes ángulos de inclinación.
6 MARCO CONCEPTUAL.
6.1 MARCO TEORICO.
6.1.1 Aguas residuales.
Se entiende a la acción y efecto en la que el hombre introduce materias contaminantes,
formas de energía o inducir condiciones en el agua de modo directo o indirecto; implica
alteraciones perjudiciales de su calidad con relación a los usos posteriores o con su función
ecológica, posterior a su modificación por diversos usos en actividades domésticas,
industriales y comunitarias. El agua residual está compuesta de componentes físicos,
químicos y biológicos; es una mezcla de materiales orgánicos e inorgánicos, suspendidos o
disueltos producidas principalmente por el metabolismo humano y las actividades
domésticas. En las aguas residuales urbanas estarán siempre presentes las aguas residuales
14
domésticas, y dependiendo del grado de industrialización de la aglomeración urbana, aguas
industriales procedentes de actividades de este tipo que descargan sus vertidos a la red de
alcantarillado municipal, así como aguas de escorrentía pluvial, si la red de saneamiento es
unitaria (las aguas de lluvia son recogidas por el mismo sistema de alcantarillado empleado
para la recogida y conducción de aguas residuales domésticas e industriales). (Almaya et
al., 2012; Ministerio de agricultura alimentación y medio ambiente, 2013). (Amy et al.,
2017) establece que, no tratar las aguas residuales antes de su descarga en cuerpos
receptores genera efectos dañinos sobre la salud humana y el ambiente, como la generación
de olores, el agotamiento del oxígeno disuelto y la liberación de nutrientes, contaminantes
tóxicos y patógenos.
6.1.2 Planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR).
Es el conjunto de obras, instalaciones donde se utiliza una combinación de varios procesos
(físicos, químicos y biológicos) para tratar las aguas residuales industriales y eliminar
contaminantes; Estos contaminantes son diversos y, en el caso de algunas aguas residuales
industriales, pueden requerir estrategias / técnicas de tratamiento específicas (Anjum, Al-
Makishah, & Barakat, 2016; Hreiz, Latifi, & Roche, 2015; Ministerio de Desarrollo
Económico, 2000).
6.1.3 Tipos de Planta de Tratamiento de aguas residuales (PTAR).
(Rojas, 2002), establece que por motivos de practicidad y por los hábitos existentes en
Latinoamérica y el Caribe, la mayoría de PTAR realizan las siguientes etapas de
tratamiento:
Tratamiento preliminar.
Tratamiento primario.
Tratamiento secundario.
Tratamiento avanzado o terciario.
Desinfección.
Disposición de lodos.
6.1.3.1 Tratamiento preliminar.
Está destinado a la preparación o acondicionamiento de las aguas residuales con el objetivo
específico de proteger las instalaciones, el funcionamiento de las obras de tratamiento y
eliminar o reducir sensiblemente las condiciones indeseables.
6.1.3.2 Tratamiento primario.
Tiene como objetivo la remoción por medios físicos o mecánicos de una parte sustancial
del material sedimentable o flotante. Entre los tipos de tratamiento primario se citan:
Sedimentación primaria
15
Flotación
Precipitación química
Filtros gruesos.
Oxidación química
Coagulación, floculación, sedimentación y filtración.
6.1.3.3 Tratamiento secundario.
Tiene como fin La reducción de compuestos orgánicos presente en el agua residual,
acondicionada previamente mediante tratamiento primario, se realiza exclusivamente por
procesos biológicos. Los tratamientos biológicos de esta categoría tienen una eficiencia
emocional de la Demanda biológica de oxigeno (DBO) entre el 85% al 95% (Rojas, 2002),
y están compuestos por:
6.1.3.3.1 Filtración biológica.
Baja capacidad (filtros clásicos).
Alta capacidad: Filtros comunes.
Lodos activados: Convencional. Alta capacidad, Contacto estabilización, Aeración
prolongada.
6.1.3.3.2 Lagunas de estabilización.
Aerobia.
Facultativa.
Maduración.
6.1.3.3.3 Otros
Anaeróbicos: Contacto. Filtro anaerobio. Reactor anaeróbico de flujo ascendente.
Oxígeno puroUnox / linde.
Discos rotatorios.
6.1.3.3.4 Tratamiento avanzado o terciario
Tiene como objetivo complementar los procesos anteriormente indicados para lograr
efluentes más puros, con menor carga contaminante y que pueda ser utilizado para
diferentes usos como recarga de acuíferos, recreación, agua industrial, etc. las sustancias o
compuestos comúnmente removidos son:
Fosfatos y nitratos
Huevos y quistes de parásitos.
Sustancias tenso activas.
Algas.
16
Bacterias y virus (desinfección).
Radionuclidos.
Sólidos totales y disueltos.
6.1.4 Residuos generados en PTAR.
6.1.4.1 Lodos.
(U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), 2002) define el lodo como el residuo
sólido, semisólido o líquido generado durante el tratamiento de las aguas residuales
domésticas en las obras de tratamiento. Estos son el subproducto de materia orgánica
finamente dividida y/o disuelta, en sólidos sedimentables floculantes que puedan ser
separados por sedimentación en tanques de decantación. El RAS-2000 (Ministerio de
Desarrollo Económico, 2000), lo define como un líquido con contenido de sólidos en
suspensión sin ningún tipo de tratamiento; en consecuencia los lodos son potencialmente
peligroso debido a su composición orgánicas residuales adsorbidos de las aguas residuales
tratadas, encubadoras de microrganismos potencialmente patógenos para el hombre; por lo
tanto, el tratamiento del lodo se considera uno de los problemas más importantes en el
tratamiento de aguas residuales, debido a las mayores demandas de energía y costos de
tratamiento (Anjum et al., 2016; Bolobajev et al., 2014; Yan et al., 2015). Asimismo, el
lodo es el principal subproducto sólido y en el que se concentra gran parte de la
contaminación química y microbiológica (Laturnus et al. 2007) y la digestión anaerobia es
uno de los procesos de mayor aplicación para su estabilización, generando
biosólidos.(Torres, P., Silva, J., Parra & Cerón, V. & Madera, Carlos, 2015).
6.1.4.2 Tratamientos de lodo (lodos activados).
Se han desarrollado varias técnicas para el tratamiento y la minimización de lodos. Estas
consisten en tecnologías físicas, químicas, biológicas o combinación de las tres.
Anteriormente, la eliminación del lodo excesivo se había llevado a cabo a través de
métodos tradicionales, incluida la incineración, el relleno de la tierra o el vertido en el
océano. Sin embargo, un aumento en las preocupaciones ambientales relacionadas y las
estrictas leyes ambientales han llevado a que estas opciones de eliminación sean
reemplazadas por métodos biológicos, es decir, digestión aeróbica y anaeróbica(Semblante
et al., 2015). Estos procesos biológicos ahora son ampliamente aceptados y se emplean para
lo siguiente:
Eliminación de compuestos tóxicos y organismos patógenos;
Reducción del volumen total de lodo
Transformar el lodo en biosólidos estables.
La tecnología de tratamiento más común es el "sistema de lodos activados" (inventado a
principios del siglo anterior), con sistemas actuales que mantienen similitudes con este
sistema convencional (Anjum et al., 2016). En el sistema de lodo activado, la planta de
17
tratamiento de aguas residuales generalmente combina dos niveles de tratamiento, es decir,
primario y secundario (Anjum et al., 2016; Rojas, 2002). El tratamiento primario asegura la
eliminación de contaminantes particulados, por ejemplo, arena, escombros, grasas, aceites y
otros desechos particulados. Estos materiales se separan de las aguas residuales a través de
un método de separación gravitacional en un tanque grande, denominado colono primario.
Los residuos sólidos producidos en el sedimentador primario se denominan lodo primario.
Durante la etapa de tratamiento secundario, los componentes coloidales y disueltos se
eliminan en un clarificador secundario o tanque de sedimentación, lo que resulta en la
producción de lodo secundario (Anjum et al., 2016; Hreiz et al., 2015).
6.1.4.3 Biosólidos.
Según el RAS-2000 (Ministerio de Desarrollo Económico, 2000), defino los Biosólidos
omo “s l os prov n nt s l tr t m nto u s r s u l s mun p les, estabilizados
biológicamente, con suficiente concentración de nutrientes (mayores y menores), bajo
contenido de microorganismos patógenos, presencia permisible de metales pesados, que se
puede utilizar como fertilizante, acondicionador o mejorador de suelos, de acuerdo a la
composición físico-química del Biosólidos y l vo n uso l su lo”; del mismo
modo, (Decreto 1287, Ministerio de Vivienda, 2014), hace énfasis en los tratamientos,
definiendo los Biosólidos como “ l pro u to r sult nt l st b l z n l r n
orgánica de los lodos generados en el tratamiento de aguas residuales municipales, con
caract r st s s s qu m s y m rob ol s qu p rm t n su uso” En on or n
con lo expuesto por (Dáguer, 2000). , los Biosólidos son un producto originado después de
un proceso de estabilización de lodos orgánicos provenientes del tratamiento de las aguas
residuales. La estabilización se realiza para reducir su nivel de patogenicidad, su poder de
fermentación y su capacidad de atracción de vectores. Gracias a este proceso, el biosólido
tiene aptitud para utilización agrícola y forestal, y para la recuperación de suelos
degradados. En concordancia, la definición de Biosólidos definida por (U.S. Environmental
Protection Agency (USEPA), 2002) como "el producto sólido principalmente orgánico
producido por los procesos municipales de tratamiento de aguas residuales que pueden
reciclarse beneficiosamente como enmiendas del suelo”.
(Zartman, 2010) definió la diferencia entre lodo y Biosólidos; los primeros como lodos
depurados en forma los residuos sólidos, semisólidos o líquidos generados durante el
tratamiento de las aguas residuales domésticas, y los biosólidos como el producto generado
por un tratamiento con el fin de cumplir con estándares de aplicación en la tierra. Del
mismo modo, (Amador-díaz, Veliz-lorenzo, & Bataller-venta, 2015), han definido los
Biosólidos Como subproductos líquidos, sólidos o semisólidos generados durante los
procesos mecánicos, biológicos y químicos de purificación de las aguas servidas en las
plantas de tratamiento de agua residual. Contienen gran cantidad de materia orgánica,
microorganismos, macro y micro nutrientes, metales pesados y agua. Están formados
principalmente por agentes contaminantes, debido a la acumulación de materias en
suspensión y compuestos orgánicos en las condiciones de tratamiento.
18
6.1.5 Clasificación de los Biosólidos.
El (Decreto 1287, Ministerio de Vivienda, 2014) establece que en Colombia se tomó como
referencia la clasificación de Biosólidos según (U.S. Environmental Protection Agency
(USEPA), 2002), la cual divide el tipo de Biosólidos teniendo en cuenta los
microorganismo presentes, dividiéndolos en dos categorías:
Clase A
Clase B
Según (Bedoya-urrego, 2013), esta clasificación A y B, se realiza según sus niveles
detectables de microorganismos o agentes patógenos (coliformes fecales, salmonella sp,
Eschericia coli), parasitoides (huevos de helmintos), metales pesados que permanecen en
concentraciones bajas, en las aguas residuales domésticas, la materia orgánica y nutrientes.,
a continuación se enfatiza en la diferencia del Biosólidos por su clase:
6.1.5.1 Clase A.
Estos no tienen ninguna restricción para uso agrario si y solo si presentAn concentraciones
mínimas de carga parasitaria, virus, metales pesados se podrá clasificar como un Biosólidos
clase A, por no presenta ninguna clase de restricción en cuanto a manejo, trasporte y
comercialización
6.1.5.2 Clase B.
Presenta altas restricciones para uso agrícola, debido a condiciones de prevalencia e
incidencia de bacterias, virus, metales pesados, materia orgánica y nutrientes, que superan
los límites permisibles para un residuo considerado peligroso si no es sometido a procesos
de estabilización, si se pretende darle usos diferentes a la incineración (Decreto 1287,
Ministerio de Vivienda, 2014).
6.1.6 Características de los Biosólidos.
6.1.6.1 Caracterización química de los Biosólidos.
Los lodos estabilizados o Biosólidos pueden ser aprovechados en la agricultura como
abonos orgánicos, fertilizantes, sin que sus parámetros físicos, químicos y microbiológicos
superen los límites permisibles, según (Instituto Colombiano de Normas Técnicas y
Certificación (ICONTEC), 2004)
En la tabla 1, se muestran las concentraciones límites permisibles para metales pesados en
los Biosólidos comparado con los valores de (U.S. Environmental Protection Agency
(USEPA), 2002); para su uso debe realizarse un tratamiento y análisis previo según su
clasificación, puesto que si se incorporan directamente causan contaminación(J. Ricardo &
Reyes, 2004).
19
Tabla 1. Límites máximos de metales pesados de residuos según norma NTC-5167.
Metal
Tierras agrícolas y forestales, sitios públicos,
recuperación de suelos Límites máximos
permitidos en abono
(mg/kg -peso seco) Concentración máxima
(mg/kg)
Aplicación
máxima (kg/ha)
Arsénico 75 41 41
Cadmio 85 39 39
Cromo 3000 3000 1200
Cobre 4300 1500 N.A.
Plomo 840 300 300
Mercurio 57 17 17
Molibdeno 75 18 N.A.
Níquel 420 420 420
Selenio 100 100 N.A.
Zinc 7000 2800 N.A.
Fuente: Norma Técnica Colombiana NTC 5167 del 2004.
A continuación, en la tabla 2, se relacionan los parámetros y los valores máximo
permisible.
Tabla 2. Comparación de Valores Máximos Permisibles de Metales en los Biosólidos.
Metal
Tierras agrícolas y forestales,
sitios públicos, recuperación de
suelos Límites máximos
permitidos en
abono mg/kg(peso
seco)**
Decreto 1287 DE 2914
categoría Biosólidos
valores máximos
Concentración
Máxima (mg/kg)
Aplicación
Máxima
(kg/ha)
categoría A
***
categoría
B
Arsénico 75 41 41 20 40
Cadmio 85 39 39 8 40
Cromo 3000 3000 1200 1000 1750
Cobre 4300 1500 N.A. 1000 1500
Plomo 840 300 300 10 20
Mercurio 57 17 17 18 75
Molibdeno 75 18 N.A. 80 420
Níquel 420 420 420 300 400
Selenio 100 100 N.A. 36 100
Zinc 7000 2800 N.A. 2000 2800
Fuente: Norma Técnica Colombiana NTC 5167 del 2004.
Ministerio de vivienda, ciudad y territorio, Decreto1287 de 2014.
6.1.7 Caracterización microbiológica de los Biosólidos.
20
(U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), 2002), establece un precedente
importante en cuanto a manejo de lodos y biosólidos, fijando límites de metales pesados,
calidad microbiológica y atracción de vectores, además de recomendar tratamientos para su
estabilización, de tal forma que puedan cumplir con dichas exigencias. En países como
México, Brasil, Chile y Argentina también se ha logrado regular el uso y disposición de
biosólidos con características similares a la norma de Estados Unidos. En Colombia la
norma se encuentra en proceso de aprobación. Con base a lo anterior, la tabla 3, resume la
clasificación de los biosólidos en términos de la calidad microbiológica (P. T. Lozada,
Madera, & Silva, 2009).
Tabla 3. Criterios microbiológicos para la caracterización de biosólidos.
Criterio Unidad
EE.UU.(1
)
Clase
México (2)
Clase Brasil (3) Chile (4)
Argentina
(5)
Colombia
(6)
Coliforme
s fecales NMP/g
A:<1*103 A:<1*10
3
A:<1*103
A:<1*103
A:<1*103 A:<1*10
3
B:<1*106
B:<1*103
B:<1*106
CB:<2*106
B:<2*106
C:<1*103
Salmonell
a sp NMP/g A:< 3/4
A:< 3 Ausencia
en 10 g A:< 3/4 A:< 3/4
A:
Ausente
B:< 3 B: < 1*10
3
C:< 300
Huevos de
helmintos HH/g A:< 3/4
A:< 1 A:< 1/4
A:< 1/4 --
A:< 1
B:< 10 B:< 10 B:< 10
C:< 35
Virus UFP/g A:< 1
A:< 1/4 -- A:< 1/4 -- -- --
(1)Norma 40 CFR parte 503 (EPA,2003), (2) NOM-004-2002 SERMANAT,2002), (3) Resolución N.375 de
29 de agosto de 2006 (Conama,2006). (4) Decreto Supremo N.123 (30/08/2006) (Conma,2000; Mena,2008),
(5) Resolución N. 97/ 01 (22/11/20019) (Mena, 2008), (6) Decreto 1287 de 2014 (10/06/14), (M.V.C.T).
Fuente: Mejoramiento de la calidad microbiológica de biosólidos generados en plantas de
tratamiento de aguas residuales domésticas. 2009.
En la mayoría de estas normas, los biosólidos se clasifican en Clases A y B, con excepción
de la norma mexicana (Normas Oficiales Mexicanas, 2003) , que introduce una tercera
categoría (clase C), y la norma chilena (Ministerio secretaría general de la presidencia de
Chile, 2009), en solo establece la clase A, la cual corresponde a biosólidos que pueden
utilizarse sin restricción en agricultura incluyendo todos los usos urbanos con contacto
público directo; los Biosólidos de Clase B pueden ser aplicados con restricciones, para
contacto indirecto, revegetalización, cultivos de alimentos que se procesen antes de ser
consumidos o cobertura en rellenos sanitarios, y los de clase C mostrados en la norma
mexicana pueden emplearse para usos forestales o mejoramientos de suelos. En todas las
normas estudiadas, establecen límites para coliformes fecales, Salmonella sp y huevos de
21
helmintos, los virus sólo son reglamentados en la norma norteamericana y
brasilera.(Torres-lozada, Patricia., Madera, Carlos. Silva, 2009).
6.1.8 Métodos de estabilización de biosólidos.
Los procesos de tratamiento de lodos tienen como objetivo reducir el volumen y el
contenido orgánico y la presencia de patógenos, sin embargo, se deben conservar las
propiedades beneficiosas, debido a que el propósito de la aplicación de Biosólidos en el
suelo consiste en disponer este subproducto de una manera ambientalmente racional
mediante el reciclaje de nutrientes y acondicionadores del suelo, para la enmienda del suelo
o la recuperación de la tierra; por lo tanto, los Biosólidos de aguas residuales deben
cumplir con las regulaciones estatales de gestión y eliminación; por lo tanto no deben
contener materiales que sean peligrosos para la salud humana (por ejemplo, toxicidad,
organismos patógenos) o peligrosos para el medio ambiente (por ejemplo, toxicidad,
pesticidas, metales pesados); los Biosólidos tratados se aplican en tierra mediante inyección
directa o aplicación y arado (incorporación) (Spellman, 2013; Zartman, 2010). Por lo tanto
existen diversidades de metodologías para este fin; a continuación se presentan un recuento
de algunos técnicas empleadas para tratamiento de lodos tratados o Biosólidos.
6.1.8.1 Compostaje.
Es una mezcla de materia orgánica en descomposición y en descomposición que mejora la
estructura del suelo y proporciona nutrientes para las plantas; el compost es un proceso
biológico exotérmico de conversión de materia orgánica presente hacia formas más
estables, la cual es realizada por microorganismos como bacterias, hongos y actinomicetos
que requieren de ciertas condiciones ambientales controladas que faciliten el incremento de
la temperatura (usualmente entre 55 - 60 ºC) para la destrucción de patógenos(Cromell,
National, & Association, 2010; Kiely, 1999; Torres, Pérez, Escobar, Uribe, & Imery, 2007).
Al respecto (Trejos,Mariana & Agudelo, N. 2012; Torres et al., 2007). Consideran qu “El
compostaje de biosólidos garantiza un producto con pH entre 6,5 y 8,0 unidades que
favorece el crecimiento de las plantas, reduce la movilidad de metales pesados y puede ser
usado benéficamente como acondicionador de suelos”El proceso de compostaje se aplica
para el tratamiento de lodos y la conversión de residuos biológicos complejos en productos
estabilizados que pueden utilizarse como fertilizantes orgánicos y productos de valor
agregado (Trejos,Mariana & Agudelo, N. 2012).
6.1.8.2 Lombricultura.
Es una alternativa de manejo de los biosólidos, que no requiere grandes costos para su
implementación y mantenimiento sus resultados muestran que los biosólidos en sus
propiedades físicas, químicas y microbiológicas no superan los niveles permisibles de
contaminación, que lo consideren un residuo peligroso, además esta alternativa genera
ingresos por la venta del abono. (Trejos, 2012).
22
6.1.9 Tratamiento químico.
Tratamiento utilizados para cumplirla función principal de agente bactericida, llevando al
bloqueo temporal de fermentaciones ácidas. Por su reducido costo y alcalinidad, la cal es el
r t vo qu más s ut l z ” (García, N, 2006). Un ejemplo de tratamiento químico es la
estabilización alcalina se pretende aumentar el pH por encima de 12 unidades y mantenerlo
durante 72 horas como mínimo, para lograr la reducción significativa de patógenos y la
estabilización del lodo; adicionalmente, este valor de pH sobrepasa los límites de tolerancia
para el crecimiento y supervivencia de organismos tan resistentes como los huevos de
helmintos (U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), 2002;T. Lozada et al., 2008).
6.1.9.1 Digestión aerobia
Esta se realiza en la continuación de los procesos de sistemas de tratamientos biológicos
donde las retenciones hidráulicas de las aguas son por tiempos prolongados, este sistema es
uno de los poco utilizados por el tiempo que conlleva. Los procesos de digestión aerobia
están indicados especialmente para la estabilización de lodos procedentes del tratamiento
biológico, siendo en esencia una continuación del proceso de aireación.(Mahamud, M.,
1996, p3).
6.1.9.2 Digestión anaerobia mesófila.
Los procesos de digestión anaerobia de alta carga, se llevan a cabo en un digestor primario
con un periodo medio de retención que oscila entre los 10 y los 30 días en función del tipo
de lodos alimentados y de la temperatura de trabajo. Algunas instalaciones pertenecientes a
depuradoras españolas que procesan por este sistema mezclas de lodos primarios y
secundarios, utilizan temperaturas en el intervalo 30-33°C y tiempos de residencia que van
de los 17 a los 30 días. Se suele disponer además de un digestor secundario que facilita el
espesamiento de los lodos y donde se lleva a cabo una digestión adicional.(Mahamud, M.,
1996).
6.1.9.3 Incineración.
Se puede definir como una destrucción térmica de los lodos a altas temperaturas en
presencia de exceso de aire, tiene una importante reducción de volumen y este tendrá una
importante estabilidad y ausencia del componente orgánico. A medida que se calcina, la
materia orgánica se convierte en dióxido de carbono y vapor de agua, y la materia
inorgánica se deja como cenizas o sólidos fijos. Las cenizas se recogen para su
reutilización.(U.S. Environmental Protection Agency ((USEPA), 2002; Mahamud, M.,
1996).
23
6.1.10 Vegetalizacion.
La Vegetalizacion es un método natural, autosuficiente y rentable para proteger los suelos
expuestos, pendientes y los cauces de las fuerzas erosivas de las gotas de lluvia, las fuerzas
de tracción del agua que fluye y la ex filtración del agua subterránea; Las medidas
vegetativas con fines de estabilización se han desarrollado rápidamente durante las últimas
tres décadas, y se han aplicado con frecuencia en la práctica para estabilizar las riberas de
los ríos y restaurar las cuencas hidrográficas, así como el uso de medidas relacionadas para
estabilizar las laderas de las tierras altas(Goldsmith, 2014).
6.1.11 Talud
Un talud es una superficie de terreno inclinada resultante de movimientos de tierra durante
la construcción de una carretera, dique o durante la construcción de un pozo para los
cimientos de un edificio; La estabilidad de una pendiente está determinada por el ángulo de
inclinación y depende de una serie de parámetros. En el caso de una pendiente inestable,
puede ocurrir un deslizamiento de tierra o "falla de la pendiente"(Schmidt & Vogt-breyer,
2014).
6.2 Estado del Arte.
6.2.1 Contexto mundial sobre la demanda de agua.
En la actualidad la población mundial representa más de 6 mil millones de personas, no
obstante el uso del agua se ha triplicado. Actualmente, el estrés hídrico afecta solo a una
fracción modesta de la población humana, no obstante se espera que afecte al 45 por ciento
de la población para 2025. Alrededor de 1.200 millones de personas, o casi una quinta parte
de la población mundial, viven en zonas de escasez física, y 500 millones de personas se
están acercando a esta situación. Otros 1.600 millones de personas, o casi una cuarta parte
de la población mundial, se enfrentan a una escasez económica de agua (donde los países
carecen de la infraestructura necesaria para extraer agua de ríos y acuíferos); una simple
extrapolación del uso actual del agua en comparación con el uso previsto en el futuro
muestra que el agua se convertirá en un producto mucho más importante de lo que es hoy.
Anteriormente se sugirió que llegará el día en que un galón de agua tendrá un valor
comparable o incluso más caro que un galón de gasolina (Kalavrouziotis, 2017; Spellman,
2013). ((UNESCO), 2017) ha establece que el aumento mundial de la demanda de agua
dulce y los escasos recursos hídricos son más escasos debido a la captación excesiva, la
contaminación y el cambio climático; Se espera que la demanda mundial de agua aumente
considerablemente en las próximas décadas. Además del sector agrícola, al que se destina
el 70% de las extracciones mundiales, se esperan aumentos importantes en la demanda de
agua para la producción industrial y energética. La urbanización acelerada y el desarrollo
de sistemas de suministro de aguas municipales y de saneamiento también contribuyen al
aumento de demanda. Se estima que en el mundo más del 80 % de aguas residuales (más
del 95 % en algunos países en desarrollo) se vierte al medio ambiente sin tratamiento
24
alguno, descargadas en vías fluviales, donde crea riesgos para la salud, el medio ambiente y
el clima. La urbanización exacerba aún más este desafío al aumentar la generación de aguas
residuales, mientras que al mismo tiempo utiliza más recursos cada vez más escasos de la
Tierra ((UNESCO), 2017; International Water Asociation (IWA), 2018).
6.2.2 Problemáticas de infraestructura para tratamiento de aguas residuales.
Esta última a causa del aumento en las concentraciones de gases de efecto invernadero en la
atmósfera, se espera que la temperatura aumente entre 2 y 5 ° C en todo el mundo para
2050 (Zouboulis & Tolkou, 2015); Este aumento de temperatura ya causa, entre otros,
mayores tasas de evaporación, eventos climáticos más extremos (inundaciones, sequías,
huracanes, etc.), derretimiento de nieve más temprano y precipitación reducida (más pesado
pero menos frecuente en algunas áreas). Como resultado de las inundaciones más comunes,
la derivación se convierte en un procedimiento operativo frecuente para las plantas de
tratamiento de aguas residuales (PTAR), que reciben desechos de los sistemas de
alcantarillado combinados (aguas residuales urbanas y aguas pluviales). Esto significa que
para proteger la biomasa en la cuenca de aireación y evitar el lavado de la biomasa, las
aguas residuales entrantes con las aguas pluviales se desvían directamente sin ningún
tratamiento al receptor de agua más cercano (Kalavrouziotis, 2017).
En consecuencia, la infraestructura es un problema fundamental para todos los países. La
disponibilidad de datos continúa siendo una dificultad constante, especialmente en los
países en desarrollo. Un estudio reciente mostró que de 181 países, únicamente 55 contaban
con información en materia de generación, tratamiento y utilización de aguas
residuales(Sato, Qadir, Yamamoto, Endo, & Zahoor, 2013); los países restantes no
contaban con información o solo tenían datos parciales. En la mayoría de los países que
contaban con información, esta se encontraba desactualizada. Este cuello de botella con
respecto a la información impide realizar las actividades de investigación y desarrollo
necesarias para diseñar tecnologías innovadoras y adaptar las existentes a las necesidades y
características locales((UNESCO), 2017; International Water Asociation (IWA), 2018). Se
estima que la capacidad actual de tratamiento de aguas residuales es el 70% de las aguas
residuales generadas en los países de altos ingresos, y solo el 8% en los países de bajos
ingresos (Sato et al., 2013). Por lo tanto Se necesita una acción decisiva, urgente y a gran
escala. Las ciudades deberían estar facultadas para liderar una revolución de recursos, con
los gobiernos y el sector privado invirtiendo fuertemente en infraestructura para permitir
una transición a una economía circular, que a su vez traerá importantes beneficios
ambientales, económicos y sociales. Existe un conjunto de tecnologías bien establecido que
varias ciudades y países han implementado con éxito para aumentar la cantidad de aguas
residuales que se reciclan y reutilizan. El mercado global para el reciclaje y la reutilización
de aguas residuales alcanzó casi $ 12.2 mil millones en 2016 y debería llegar a $ 22.3 mil
millones para 2021 (International Water Asociation (IWA), 2018). Esta expansión del
mercado es una respuesta a la creciente demanda de agua por parte de las ciudades y la
industria contra un retroceso del aumento de la urbanización, el crecimiento de la población
y el clima.
25
6.2.3 Contexto mundial de Biosólidos.
La cantidad de biosólidos producidos anualmente en el mundo ha aumentado
dramáticamente debido al crecimiento de nuevas plantas de tratamiento y la mejora
continúa de las instalaciones existentes (Rulkens, 2008). Como ejemplo, se estima que
aproximadamente 5,6 millones de toneladas secas de lodos de depuradora se usan o
eliminan anualmente en los Estados Unidos, de los cuales aproximadamente el 60% se
utilizan para la aplicación a la tierra o la distribución pública, en este contexto, la USEPA
(U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), 2002)estima que cerca deL 0,1% de la
tierra agrícola disponible en los Estados Unidos se trata con Biosólidos.
La creciente producción de biosólidos junto con las crecientes preocupaciones sobre su uso
beneficioso en la agricultura, así como la disponibilidad de tierras agrícolas en las
proximidades de las plantas de tratamiento de aguas residuales, está presionando cada vez
más a las industrias de aguas residuales para que encuentren soluciones alternativas para la
gestión y reutilización de biosólidos. Se han considerado numerosas tecnologías como la
incineración, la gasificación, la pirólisis, el procesamiento hidrotérmico y la fabricación de
ladrillos(Patel et al., 2018); además:
Reducen el volumen de biosólidos en un 30–90% y, por lo tanto, disminuyen las
restricciones de costo, tiempo, mano de obra y espacio asociadas con su manejo y
monitoreo.
Convierten los biosólidos en productos de alto valor como bioenergía, bio-petróleo,
gas y ladrillos que pueden generar ingresos para las empresas de aguas residuales.
Cuestiones como el olor, los patógenos, los metales pesados, los contaminantes
emergentes y el fósforo pueden minimizarse en parte o eliminarse por completo con
el uso de estas tecnologías.
6.2.4 Contexto nacional y Biosólidos.
La investigación de Biosólidos se han realizado en el mundo por más de 30 años, y hace
más de una década ha generado en países desarrollados un marco normativo que regula su
aprovechamiento en actividades agrícolas y no agrícolas; estas actividades ha permitido la
adecuada gestión de estos subproductos generados en el tratamiento de aguas residuales en
la búsqueda de evitar impactos negativos al ambiente o a la salud pública (Dáguer,
2000;Anjum et al., 2016). No obstante, la entrada en operación de plantas de tratamiento de
aguas residuales en las grandes ciudades de Colombia ha generado un incremento en la
producción de Biosólidos y ha propiciado la investigación para evaluar su potencial de
aprovechamiento en el ámbito local y nacional. Los resultados obtenidos serán
determinantes para una adecuada gestión de los Biosólidos que se generarán en las plantas
que se construyan en el resto de ciudades del país (Dáguer, 2000).
26
Con base en loa anterior, las PTAR de Colombia generan aproximadamente 274 Tn/día de
biosólidos, (Bedoya-urrego, 2013;Velez, 2006) determinan que el 97% de esta producción
es generada por plantas como, El Salitre (Bogotá), Cañaveralejo (Cali) y San Fernando
(Itagüí), que, en el caso particular de Medellín, en la PTAR San Fernando, se generan cerca
de 70 t/día de biosólidos, como producto del tratamiento de 1.100 L/s de aguas residuales.
A este respecto Empresas Públicas de Medellín E.S.P explora alternativas en convenio con
los entes académicos de la ciudad, con miras a un mejor uso de sus biosólidos y dichos
ensayos mostraron que estos biosólidos pueden ser utilizados en protección de taludes,
proyectos forestales, recuperación de suelos de minería, explotación de canteras y usos
agrícolas y pecuarios (Melo Cerón, Rodríguez González, & González Guzmán, 2017;
Velez, 2006); asimismo, es posible mejorar la productiva agraria con el uso de los
biosólidos de las PTAR colombianas; esto permite reducir los requerimientos de suelo
orgánico para la cobertura final de los sitios de disposición final de residuos sólidos (Melo
Cerón et al., 2017).
A nivel regional, la planta de tratamiento de agua residual de la ciudad de Tunja, cuenta con
un sistema de tratamiento preliminar de rejilla auto limpiante, un desarenador, además de
un tratamiento secundario biológico, con un reactor anaerobio de flujo ascendente (UASB),
posteriormente un tratamiento aerobio y pasa a sedimentación secundaria, se producen
lodos, los cuales se tratan con espesadores de lodos y deshidratador centrifugo(Pineda
Buitrago, 2017).
6.2.5 Aporte de nutrientes en los Biosólidos en el país.
Con respecto a las características agrológicas, los biosólidos de Colombia presentan
concentraciones típicas de nitrógeno y fósforo que muestran su alto potencial de
aprovechamiento en actividades agrícolas y no agrícolas (recuperación de suelos,
actividades forestales, cobertura de rellenos), tal como se observa en la tabla 4. Los
Biosólidos, logran incorporar al suelo cantidades significativas de micro y macro nutrientes
(carbono, nitrógeno, azufre, potasio, fósforo, zinc, hierro y cobre), además mejoran las
condiciones del pH, propiciando una situación favorable para el desarrollo de las plantas.
(Velez, 2006; Dáguer G, 2003)
27
Tabla 4. Características agrologicas de los biosólidos en Colombia.
Parámetros Rango
Colombia (%)
Rango literatura
(%)*
Nitrógeno total 1.6 – 3.3 3 – 8**
Nitrógeno
orgánico 0.44 – 1.9 1- 5
Nitrógeno
amoniacal 0.6 – 2.3 1- 3
Fósforo 0.04 – 3.3 1,5 - 5
Potasio 0.007– 0.4 0,2 - 0,8
Sólidos
volátiles 42 – 50 --
Unidades Ph 6.05 – 7.9 --
Fuente: Dáguer G.P. 2000“G st n b os l os n olomb
Velez, 2006, Los Biosólidos: ¿una solución o un problema?
6.2.6 Aporte de materia orgánica de Biosólidos.
La aplicación de lodos de depurados o Biosólidos a tierras agrícolas parece ser la solución
más práctica y definitiva como un beneficio económico debido al hecho de que es un
método común de mayor uso(Kalavrouziotis, 2017). Los principales beneficios de la
aplicación de lodos son:
Mayor suministro de nutrientes vegetales principales:
Provisión de algunos de los micronutrientes esenciales (Zn, Cu, Mo, Boro y Mn),
Mejora en las propiedades físicas del suelo, es decir, mejor estructura del suelo,
mayor capacidad de retención de agua del suelo y características mejoradas de
transmisión del agua del suelo.
Debido a la disminución gradual en el contenido de materia orgánica de los suelos
cultivados en el mundo, como resultado de factores como el uso excesivo de fertilizantes
inorgánicos, es un fenómeno mundial. En climas cálidos, como Sudáfrica, el Mediterráneo
y el sur de EE. UU genera una rápida descomposición microbiana de la materia orgánica
del suelo. La disminución en el contenido de materia orgánica del suelo es un problema de
gran preocupación ya que puede conducir a un deterioro de la estructura física del suelo y a
una erosión acelerada.; un aporte del Biosólidos seria contrarrestar estas deficiencias
(Kalavrouziotis, 2017). Sin embargo, las alternativas más usadas a escala mundial para la
disposición de este material, se encuentran la ceramización, la vitrificación, la incineración,
la disposición en rellenos sanitarios; no obstante la valorización agrícola del Biosólidos por
medio de procesos de compostaje y su disposición directa en terrenos degradados de
minería o en terrenos con actividades pastoriles y de paisajismo(Adriana María &
Carmona, 2005). Otros aportes mencionados por (Dáguer G, 2003) definen que
concentraciones típicas de nitrógeno, fósforo y potasio, son aprovechables si se encuentran
28
en los límites máximos permitidos para metales pesados lo que permite la optimización en
la recuperación de suelos, coberturas de rellenos sanitarios; Por lo anterior y basados en
estos parámetros y experiencias de otros países se hace el aprovechamiento de los
biosólidos en el acondicionamiento de suelos, para producciones agropecuarias, forestales,
restableciendo la relación carbono-nitrógeno que se presenta en el suelo; conjuntamente,
puede contribuir de forma importante a la conservación de los recursos naturales, siempre
que se lleve a cabo en forma racional, lo que implica sacar el máximo provecho a los
aspectos ventajosos (aporte de materia orgánica y nutrientes al sistema suelo-planta, y
reducir al mínimo los que puedan ser desfavorables para la salud pública y el medio
ambiente (Vélez Zuluaga, 2007).
El proceso de tratamiento de las aguas residuales de tipo doméstico e industrial es una
combinación de procesos físicos químicos y biológicos que generan enormes volúmenes de
lodos putrescibles, los cuales contienen altas cargas de contaminantes orgánicos, agentes
patógenos, materia orgánica, metales pesados y nutrientes que al ser procesados en una
PTAR permiten generar cambios en la composición de los lodos para transformarlos en
biosólidos o lodos estabilizados (Velez, 2006)
Gracias a estos aportes, los Biosólidos de las PTAR de Colombia han permitido reducir los
requerimientos de suelo orgánico para la cobertura final de los sitios de disposición final de
residuos sólidos de las principales ciudades del país; también han permitido recuperar
suelos degradados por actividades antrópicas, hasta el primer semestre de 2003 se habían
cubierto más de 20 ha con mezclas de biosólido-suelo para cobertura final y recuperado
más de 22 ha de suelos degradados (Melo Cerón et al., 2017). De otra parte, el uso de
fertilizantes con menores efectos sobre el ambiente y menores costos de producción y las
experiencias mencionadas hacen que la utilización de materiales, como los biosólidos, que
cumplen con los dos criterios; en consecuencia, permite su viabilidad como mejorador de
suelos, con fines agrícolas (Torres-lozada, Ilva-leal, Parra-orobio, Cerón-Castro, & Madera,
2015). Por otro lado, los biosólidos son materiales orgánicos ricos en nutrientes con un
contenido de materia orgánica de hasta el 50%. Por lo tanto, los biosólidos pueden ser
utilizados como acondicionadores de suelos para mejorar las propiedades físicas, químicas
y biológicas de los suelos, especialmente aquellos suelos degradados o alterados. (Lu, He,
& Stoffella, 2012).
6.2.7 Sistemas de cobertura destinados a la protección de taludes.
Debido a la baja fertilidad de los taludes, resulta conveniente el uso de prácticas que
mejoren la capacidad del suelo para que las plantas puedan colonizarlo, teniendo en cuenta
que son técnicas que habitualmente se usan como complemento de otras, como pueden ser
la hidrosiembra y las mantas orgánicas (Instituto de Agricultura Sostenible (CSIC), 2014).
La hidrosiembra, es un sistema de revegetalización utilizando agua, aglomerante y semillas
para control de perdida de suelos, facilitando el establecimiento de una cubierta vegetal en
sitios erosionados o con escaso suelo, particularmente en taludes con distintos grados de
inclinación. En una hidrosiembra se proyecta, sobre el terreno a recolonizar con vegetación,
29
una suspensión de agua y semillas, que incluyen aditivos como: abonos orgánicos, aserrín o
pajas de cereales, adherentes de la mezcla, retenedoras de humedad (como geles de
acrilamida), fertilizantes inorgánicos de liberación lenta y composta, entre otros
componentes. Las metas de la hidrosiembra son proteger un sustrato contra la acción de la
erosión y eliminar el negativo impacto ambiental visual sobre el paisaje, producido por la
construcción de obras de ingeniería civil. La finalidad de la aplicación de esta técnica es
establecer una cubierta vegetal con plantas colonizadoras, que permita iniciar el proceso de
sucesión ecológica, para conformar una cubierta vegetal madura, acorde con las
condiciones climáticas y edáficas locales (Monroy-Ata, Castañeda-Pérez, & Fernández-
Castillo, 2008).
6.2.7.1 Eco tecnologías implementadas.
6.2.7.1.1 Hidrosiembra
Tomando la experiencia de (Monroy-Ata et al., 2008), se preparó el adherente, 5 kg de
cladodios (pencas) de nopal ( Opuntia streptacantha Lem.) crudos; un componente del
nopal que sirve como aglutinante son las pectinas (carbohidratos que al solubilizarse en
agua forman un gel). La mezcla incluyó: 200 g de adherente; 550 g de suelo enmendado
(biosólido con suelo árido) y 60 g de musgo. Esta mezcla se aplicó, a cada cajón de madera
de 25 x 45 cm de superficie y 15 cm de espesor. Para tres cajones, se incorporó
homogéneamente la mezcla, la cual sirvió de sustrato, en cada cajón, se sembró estolones
de gramínea o de plantas herbáceas (pastos). Finalmente, a cada cajón con la hidrosiembra
se irrigó con 250 ml de agua cada tercer día.
6.2.7.1.2 Geomalla
La geomalla consiste en un textil con trama abierta que se fija físicamente al suelo que se
desea recuperar y que retiene un sustrato consistente en una mezcla de tierra, abono
orgánico, semillas, materiales para conservar la humedad (hidrogeles, aserrín, musgo, etc.)
y algún bactericida y fungicida general. Esta geo malla debe permitir la germinación de las
semillas y la emergencia de plántulas a través de la trama del textil. La geo malla se puede
fijar mediante estacas, rocas, alcayatas, etc. No obstante, las técnicas de bioingeniería
actuales promueven el uso de materiales exclusivamente de origen natural, para no
contaminar o alterar el desarrollo de procesos como la formación del suelo o la sucesión
ecológica de la vegetación (Monroy-Ata et al., 2008). (Monroy-Ata et al., 2008), establece que la finalidad de las eco técnicas o técnicas de
ingeniería biológica, como la hidrosiembra o el uso de geo mallas, es cubrir con vegetación
(esencialmente herbácea pero ocasionalmente combinada con arbustos) áreas desnudas de
plantas, en sitios aledaños a las obras de infraestructura de una región, como carreteras,
puentes, presas, canales de riego, etc. Esto permite tener una composición paisajística más
estética y evitar problemas de deslaves o de erosión de las zonas sin vegetación.
30
6.2.8 Enmiendas orgánicas con Biosólidos
Las enmiendas orgánicas son aplicadas con el fin de fertilizar las plantas, son sustancias
que mejoran y modifican las características físicas y químicas del suelo, durante los últimos
años se han venido utilizando productos como: residuos de ganadería, agricultura y
restantes del tratamiento de agua residuales llamados Biosólidos estos ayudan a recuperar
los suelos degradados aportando nutrientes como el nitrógeno y fósforo necesarios para el
establecimiento y germinación de semillas, así como aumentando la porosidad del suelo y
aportando carbono orgánico. Además de esto aumentan la disponibilidad de agua,
favorecen los procesos de mineralización y minimizan la acción de procesos erosivos. A
pesar de todos estos beneficios su utilización está restringida para la agricultura por su
contenido de patógenos y de metales pesados (Gil, 2010). Asimismo, aportan gran cantidad
de materia orgánica, macro y micronutrientes, aumentan el pH de los suelos ácidos, la
porosidad y la capacidad de retención hídrica, entre otros. Debido a los beneficios que
genera pueden ser implementados como fuente orgánica que contribuya a la recomposición
de las propiedades físicas, químicas y biológicas de un suelo disturbado en aras de
beneficiar el establecimiento vegetal y animal (Pérez et al., 2013)
6.2.9 Mezcla optima de Biosólidos y suelo de talud vial, con semilla para
revegetalizar.
Se han efectuado trabajos de tipo investigativo con la finalidad de evaluar el uso potencial
de los biosólidos generados en la planta de tratamiento de aguas residuales; para ello, aplicó
un sustrato de mezcla entre biosólido y tierra de cobertura orgánica en las siguientes
proporciones: 100% Biosólidos; 75% biosólido y 25% tierra; 50% Biosólidos y 50% tierra;
25% Biosólidos y 75% tierra del talud; 100% tierra de cobertura orgánica. Citado por
(Guacaneme , 2005). En búsqueda de proporciones optimas de diferentes investigaciones,
se encontró que las proporciones para realizar los diferentes tratamientos se midieron en v/v
de estéril y Biosólidos, de la siguiente manera: Control (C) con una proporción de 1:0,
Tratamiento uno (T1) con una proporción de 8:1, tratamiento dos (T2) 4:1, y tratamiento
tres (T3) 2:1.(Revistas & América, 2007). Con el fin de medir el aporte del Biosólidos en
las proporciones planteadas, se han sembrado estolones de gramíneas, de dos tipos,
r l on n o l térm no “bioindicador” (Adriana María & Carmona, 2005)
Otra especie vegetal utilizada en taludes es el pasto kikuyo, que a pesar de ser una especie
foránea es de gran utilidad en la recuperación de suelos, por su gran persistencia y
resistencia, seleccionada en pequeños estolones del mismo tamaño (10 cm. c/u) y extraídos
de la misma área (1 m2) y estado de desarrollo de la planta, con el propósito de minimizar
el aporte de nutrientes de la parte sembrada (mínimo tamaño del estolón) y la influencia del
estado de las plantas de origen (mínima área escogida para la extracción de los
estolones.(Bermúdez, 2013).
31
6.2.10 Compostaje de biosolidos.
El compostaje de Biosólidos garantiza un producto con pH entre 6,5 y 8,0 unidades que
favorece el crecimiento de las plantas, reduce la movilidad de metales pesados y puede ser
usado benéficamente como acondicionador de suelos, no obstante los Biosólidos generados
en PTAR presentan tendencia a la compactación y baja porosidad que ocasionan
dificultades durante el proceso de compostaje por una inadecuada aireación, lo que se
puede corregir adicionando Materiales de Soporte para mejorar la porosidad y estructura de
las pilas de compost y garantizar el ingreso del oxígeno necesario para favorecer las
condiciones aerobias del (Trejos,Mariana & Agudelo, N. 2012). Por lo tanto las
condiciones aeróbicas donde la micro-aireación puede ser efectiva para hidrolizar
sustancias complejas en materiales simples debido a la producción de enzimas hidrolíticas y
aumentar la tasa de crecimiento específico de microorganismos ; este proceso de
composición se completa en tres etapas que se basan en la evolución de la temperatura. La
primera etapa se atribuye al crecimiento de la microbiota mesofílica que aumenta la
temperatura del sistema. El aumento continuo de la temperatura inicia la segunda etapa
asociada con la activación de la microbiota termofílica. En esta etapa, la mayoría de los
patógenos mueren bajo un régimen de alta temperatura. Finalmente, la tercera etapa es la
fase de maduración, que implica una disminución de la temperatura y la reactivación de la
población mesofílica (González F. & Fuentes M., 2017).
6.2.11 Procesos alcalinos de estabilización.
La cal ha sido el producto de mayor uso para este fin, aunque también se ha recurrido a
mezclas de cal con cenizas de horno y cenizas volantes. La cal es un producto que
comercialmente se encuentra principalmente en dos presentaciones: cal viva (CaO) y cal
hidratada (Ca(OH)2), siendo la primera la más utilizada en Brasil; estos productos generan
un aumento de la temperatura y producen iones hidróxido que aumentan el pH (T. Lozada
et al., 2008). Asimismo, Según (U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), 2002), el
proceso para la reducción significativa de patógenos y la estabilización del biosólido podría
lograrse mediante la combinación de dos mecanismos: la elevación del pH a valores
superiores a 12 unidades por un periodo de al menos 72 horas y la elevación de la
temperatura a 52 ºC por un periodo de 12 horas(Torres-lozada, Patricia., Madera, Carlos.
Silva, 2009). La estabilización con cal hidratada se ha evaluado en Biosólidos
deshidratados de reactores UASB de una PTAR. Las proporciones peso a peso evaluadas
fueron 30, 40 y 50 % del biosólido y el tiempo del ensayo fue 60 días. La mejor proporción
fue 50 %, en la cual se encontraron reducciones máximas de 6 unidades logarítmicas para
los coliformes fecales y eliminación total de huevos de helmintos, permitiendo su uso en la
agricultura sin restricción acorde con la legislación brasilera. (Torres-lozada, Patricia.,
Madera, Carlos. Silva, 2009, p.25).
32
7 DISEÑO METODOLÓGICO.
7.1 Descripción del tipo de investigación.
7.1.1 Descriptiva.
Debido a que en el proceso investigativo tiene como parte de sus objetivos la
caracterización composicional de los materiales presentes, con el fin de describir el efecto
de estos en fenómenos relacionados con su cambios químicos, cambio de humedad,
crecimiento bacteriano y nutrientes necesario para crecimiento de plantas en suelo de
taludes viales; parte del tipo de investigación es descriptiva, ya que la evaluación
relacionada con la descripción de fenómenos presentes, detallando cómo son y se
manifiestan, especificar las propiedades, la característica, procesos, materiales y los
fenómenos sometidos a diferentes análisis; pretendiendo medir o recoger información de
manera independiente o conjunta sobre los conceptos y los efectos de las variables
contraladas (Hernandez Sampieri, Fernandez Collado, & Baptista Lucio, 2010).
7.1.2 Correlacional.
Debido a que parte de los ensayos experimentales tienen el objetivo de conocer la relación
o grado de asociación que exista entre una o más variable independientes, categorías o
variables en un contexto en particular. Los estudios correlaciónales, al evaluar el grado de
asociación entre dos o más variables, miden cada una de ellas (presuntamente relacionadas)
con el fin de, cuantificar y analizar el grado la vinculación (Hernandez Sampieri et al.,
2010); particularmente las correlaciones entre variables de a investigación son:
Evaluación de la correlación en el cambio de las propiedades microbiológicas en
mezclas de Biosólidos con a partir de la realización de tratamientos alcalinos en
diferentes proporciones.
Evaluación de la correlación en las propiedades del Biosólidos como fertilizante y el
crecimiento vegetal en suelo de talud vial.
Evaluación de la correlación en la estabilidad geotécnica de los taludes y el
crecimiento vegetal originado por los Biosólidos
Con frecuencia, la meta del investigador consiste en describir fenómenos, situaciones,
contextos y eventos; esto es, detallar cómo son y se manifiestan. Los estudios descriptivos
buscan especificar las propiedades, las características, procesos, objetos sometido a un
análisis; pretendiendo medir o recoger información de manera independiente o conjunta
sobre los conceptos o las variables a las que se ha referido, indicando también su
relacionan.
33
7.1.3 Hipótesis.
7.1.3.1 Tratamiento alcalino.
H1=el tratamiento alcalino afectarán los microorganismos presentes en los Biosólidos
Ho= el tratamiento alcalino no afectarán los microorganismos presentes en los Biosólidos
7.1.3.2 Biosólidos como fertilizante en talud vial.
H1=Los Biosólidos generan crecimiento vegetal en suelo de talud vial.
Ho= Los Biosólidos no generan crecimiento vegetal en suelo de talud vial.
H1=La revegetalización generada por Biosólidos genera estabilidad en taludes viales
Ho= La revegetalización generada por biosólidos no genera estabilidaden taludes viales
7.1.4 Variables relacionadas con la adición de nopal en mezclas de cemento:
La proporción de cal viva y cal apagada en tratamientos alcalinos, serán las variables de
trabajos para mejorar los Biosólidos y la proporción de este último en suelo de talud junto
con el crecimiento de especies vegetales serán las variables de trabajo en el proyecto de
investigación; variando concentración de cal viva y cal apagada con el fin de establecer la
mejor proporción y posterior variación de este Biosólidos tratado con suelo de talud
comparando con una muestra sin tratamiento y con el total de Biosólidos ; con base a esto
se medirá el efecto de los tratamientos en la humedad y crecimiento microbiológico de
algunas especies potencialmente peligrosas para el hombre y el crecimiento de plantas en
suelo adicionado con Biosólidos, estableciendo el efecto en la estabilización de taludes a
diferentes ángulos de inclinación; las variables independientes y dependientes se establecen
en la tabla 5.
Tabla 5. Esquemas de las variables dependientes e independientes.
Variables Propiedades
34
Variables
independientes
Constantes Biosólido de PTAR
Suelo de talud vial
Variable
Cal vivía CaO
Cal hidratada Ca(OH)2
Biosólido con tratamiento
Variables
dependientes
Microbiológica
Coliformes fecales
Huevos de helmintos
Salmonella
Materia orgánica
Química
conductividad eléctrica
Metales pesados
Capacidad de intercambio catiónico
(K, Na, Mg, Ca
Contenido de fosforo (P)
Estructural Angulo de inclinación de taludes
Crecimiento de Plantas
Fuente: propia
7.2 Criterios de validez
7.2.1 Análisis estadístico de la información.
En general, los experimentos se utilizan para estudiar el desempeño de procesos y sistemas
y puede ser representado por el modelo mostrado en la Figura 1, visualizando el proceso
como una combinación de operaciones, máquinas, métodos, personas y otros recursos que
transforman algo de entrada (a menudo un material) en una salida que tiene una o más
variables de respuesta observables. Algunas de las variables del proceso y propiedades del
material son controlables, mientras que otras son incontrolables (aunque pueden ser
controlables para propósitos de una prueba) (Montgomery, 2017).
35
Figura 1. Modelo general del proceso experimental.
Normalmente, el objetivo del experimentador es determinar la influencia de factores en un
sistema observando y cuantificando sus efectos; el enfoque general para planificar y
conducir el experimento se denomina estrategia de experimentación. Un experimentador
puede usar varias estrategias, explicadas en el diseño experimental y determinan si criterios
de validez de los resultados experimentales; existen ciertamente situaciones donde los
modelos matemáticos estadísticos fortalecen la validez de los datos obtenidos
experimentalmente; con base en lo anterior se realizó el siguiente diseño experimental
estadístico en aras de confirmar la información obtenida.
7.2.2 Diseño factorial.
Por un diseño factorial, se entiende que a cada ensayo del experimento se investigan todas
las combinaciones posibles de los niveles de cada factor; en el experimento se desea saber
el efecto, de un factor A con a niveles y un factor B con b niveles, cada replica contiene
todas las ab combinaciones de los tratamientos, dispuestos en un experimento factorial. En
n r l brá b… n obs rv on s tot l s s y n r p t on s l xp r m nto ompl to
y t n n o l m nos os r p t on s (n≥ 2) p r t rm n r un sum u r os b o
a un error si todas las posibles interacciones se incluyen en el modelo (Montgomery, 2017).
7.2.2.1 Análisis del modelo con efectos fijos.
Como los niveles serán fijados a priori por el experimentador y en el que los parámetros del
modelo son cantidades fijas o no aleatorias se utilizará el modelo de los efectos fijos donde
representa el total de las observaciones bajo el tratamiento i-esimo, sea que ,
represente el promedio delas observaciones bajo el tratamiento i-esimo. De manera similar,
36
sea que , represente el gran totoal de observaciones y que , represente el gran promedio
de observaciones expresado como
∑
∑∑
Donde N=an, s l núm ro tot l obs rv on s S not qu l sub n “punto”
implica la operación suma sobre el subíndice que reeplaza. Por lo tanto, el interés se
encuentra en probar la igualdad de las a medias de los tratamientos, es decir:
( )
Por lo tanto las hipótesis apropiadas son
Cuando todos los factores del experimento son fijos, es sencillo formular y probar hipótesis
acerca de los efectos y sus interacciones. Como se representa en el siguiente modelo:
{ }
Dónde:
Es el efecto promedio general.
Representa la observación i-esima bajo el nivel de los factores o tratamientos y
Es el efecto del i-ésimo nivel del factor a
Representa el conjunto de todos los errores experimentales.
Debido a que hay n repeticiones del experimento por lo tanto hay an observaciones totales
representados en la tabla 12.
Tabla 6. Arreglo general para diseño de un solo factor.
Factor A
Observaciones
1 ……
2 …….
.
37
.
.
.
a ……
Fuente: MONTGOMERY, Douglas. Análisis y diseño de experimentos.2017.
El arreglo matemático para el análisis de varianza se muestra en la tabla 13.
Tabla 7. Arreglo matemático para análisis de varianza de un solo factor.
Fuente de
variación Suma de cuadrados
Grados
de
libertad
Cuadrado medio Fo
Entre
Tratamientos
∑
Error
Total ∑∑(
)
Fuente: MONTGOMERY, Douglas. Análisis y diseño de experimentos.2017.
7.2.2.1.1 Prueba F
La prueba F es cualquier prueba estadística en la que el estadístico de prueba tiene una
distribución F bajo la hipótesis nula. Se usa con mayor frecuencia cuando se comparan
modelos estadísticos que se han ajustado a un conjunto de datos para identificar el modelo
que mejor se ajusta a la variación de resultados de un experimento. Las " pruebas F "
exactas surgen principalmente cuando los modelos se han ajustado a los datos utilizando
mínimos cuadrados. La prueba F se usa para comparar los factores de la desviación total.
Por ejemplo, en análisis de varianza (ANOVA) de un solo factor, la significación
estadística se prueba comparando el estadístico de prueba F de la siguiente forma:
De los cuadrados medios esperados (llamados MS) es un estimador imparcial de la
varianza. Sin embargo, si la hipótesis nula es falsa, el valor esperado de los cuadrados
medios de los tratamientos es mayor que la varianza ( . Por lo tanto, según la hipótesis
alternativa, el valor esperado del numerador del estadístico de prueba (Prueba F) es mayor
que el valor esperado del denominador y por lo tanto se debe rechazar H0 y concluir que
existen diferencias en las medias de tratamiento si:
38
.
7.2.2.1.2 Intervalos de confianza.
Es un tipo de estimación de intervalo, calculado a partir de los datos observados, que puede
contener el valor verdadero de un parámetro de población desconocido. El intervalo tiene
un nivel de confianza asociado, las distribuciones de probabilidad que más se usan en
intervalos de confianza y pruebas de hipótesis son las distribuciones: normal, ji-cuadrada, F
y T student (Gutiérres & Salazar, 2008); esta ultima la utilizada en la presente investigacion
debido a que esta distribución esta se distribuye normalmente cuando el tamaño de la
muestra es pequeño, en relación a estimaciones con pocas repeticiones de los ensayos
experimentales.
7.3 Presentación y realización de etapas
7.3.1 Retiro del material orgánico para la presente investigación.
Se retiró, de las instalaciones de la planta de tratamiento de agua residual, que se encuentra
ubicada en la vereda Pirgua de la ciudad de Tunja, una caneca con el contenido de
biosólido que a la fecha se había producido y tratado donde el lodo se espesa, se digiere
anaeróbicamente y se deshidrata en filtro prensa por la empresa PROACTIVA AGUAS DE
TUNJA S.A. ESP (hoy VEOLIA). Se aprecia, el momento de la entrega del subproducto,
por parte de PROACTIVA, Aguas de Tunja S.A. ESP, hoy VEOLIA, en las instalaciones
de la planta de tratamiento de agua residual de la ciudad de Tunja (figura 2); este material
es obtenido de la etapa del arranque y maduración de los tratamientos en la planta.
Figura 2. a).Entrega del subproducto para la investigación; Biosólidos extraído de PTAR.
7.3.2 Unidad experimental
La primera etapa experimental, se desarrolló en las instalaciones del jardín botánico de la
Escuela de Ingeniería Agronómica de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de
39
Colombia, sede central, tunja; los parámetros establecidos para la utilización de biosolidos
en cultivos pilotos fueron los siguientes:
Área aproximada de 7 m2.
Cajones de madera con 0.5 metros de ancho, 0.60 metros de largo y 0.15 metros de
altura
Cerramiento perimetral en material plástico con el fin de controlar el lixiviado y la
perdida de material y favorecer los procesos de deshidratación y retiro de humedad
presente en el biosólido.
El arreglo experimental realizado se observa en la figura1.
Figura 3.Condiciones del invernadero para realizar la investigación.
Fuente: Autor
7.4 Tratamiento alcalino en bioslidos.
Debido a que los biosólidos presentan alto contenido de parásitos y patógenos, se procedió
a realizar un tratamiento alcalino; para este fin se emplearon, doce (12) cajones como
unidades experimentales o cajones de madera en biosólidos con alto contenido de humedad;
como resultado final se puede observar que la apariencia del subproducto es de semisólido,
de color negro, presencia de olor ofensivo.
7.5 Dosis óptima para estabilizar patógenos en los biosólidos.
De acuerdo con la literatura relacionada en el estado del arte, el bisolido con presencia de
microorganismos patógenos en el subproducto, se consideró relevante realizar un
tratamiento para sanitizar el material y así tener la certeza de contar con un material estable
para ello se escogió el tratamiento de estabilización alcalina. Para este fin, se evaluó la
estabilización alcalina para cada tratamiento teniendo en cuenta la muestra patrón o testigo,
el cual consiste en la proporción 100% sustrato (10 kg biosólido) sin adicionar material
alcalinizante, utilizando las siguientes proporciones:
40
Proporciones de 8%,15% y 30% ( peso/peso) aplicando cal viva en los tratamientos
T1, T2 , T3 y en los tratamientos T4,T5 y T6, con una temperatura ambiente entre
10° y 15° grados Celsius, durante siete (7) días.
Cal hidratada con la dosis de 8%, 15% y 30%, con una temperatura ambiente entre
10° y 15° grados Celsius, durante siete (7) días
lecturas de temperatura durante las tres (3) primeras horas para verificar el
incremento de pH por la presencia de la cal y así garantizar la eliminación de
microorganismos
Control de temperatura y pH, evaluando el aumento de estos parámetros con el fin
de obtener la eliminación de patógenos en el transcurso del tratamiento.
Durante los sietes (7) días de tratamiento, se realizó el seguimiento del proceso de
eliminación de patógenos mediante la medición de parámetros al inicio y al final del
experimento, según los parámetros establecidos en las tablas 6 y 7.
Tabla 8. Parámetros químicos y microbiológicos analizados al inicio y final del tratamiento.
Fuente: propia
Tabla 9. Parámetros químicos y microbiológicos analizados al inicio y final del tratamiento.
Variable química* Unidad Técnica de medición
pH Relación 1:2 potenciómetro
Humedad % Gravimétrico base seca y
Walkey-Black
Sodio meq 100 g
-1 de
suelo base seca Abs. Atómica
Calcio meq 100 g
-1 de
suelo base seca Abs. Atómica
Magnesio meq 100 g
-1 de
suelo base seca Abs. Atómica
Potasio meq 100 g
-1 de
suelo base seca Abs. Atómica
Fosforo Ppm Bray II-Colorimetría
Variable
Microbiológico y
Parasitológico**
Unidad Técnica de medición
Coliformes Fecales
NMP/100 ml
NMP
41
* Centro de Gestión de Investigación y Extensión-CIECA, Laboratorio de diagnóstico en suelos y aguas. UPTC
** Grupo de investigación biología ambiental, UPTC.
Fuente: Propia.
Los parámetros que se midieron, así como la periodicidad, se consignan en la siguiente
tabla, previa composición de muestra compuesta, método cuarteo. El día cero (0) se
considera como el día de aplicación del tratamiento con estabilización alcalina.
Tabla 10. Frecuencia y toma de información
Parámetro Frecuencia en Mediciones
Temperatura en °C
Día cero: Durante las tres
primeras horas.
Humedad % Medición al día 7
pH Medición al día 7
Variable Microbiológica y Parasitológica
Coliformes Fecales
NMP/100 ml
Medición al día 7
Salmonella sp, Presencia Medición al día 7
Huevos de helmintos HH/g Medición al día 7
Fuente: Propia.
Adicionalmente Se realizó la caracterización microbiológica del biosólido, con las muetsra
patrón o testigo y se evaluaron los parámetros de temperatura, pH, humedad y
microrganismos durante el día cero y a los 7dias. Simultáneamente, en el día cero, se
entregó muestra del subproducto de la planta de tratamiento de agua residual de Tunja, para
la caracterización química (metales pesados) al Instituto para la investigación e innovación
en ciencia y tecnología de materiales. INCITEMA, UPTC, para posterior análisis de
resultados categorización del biosólido de la planta de tratamiento de agua residual de la
ciudad de Tunja, de acuerdo con los rangos de la categoría A y B del Decreto 1287 de 2014
expedido por el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio.
Salmonella sp Presencia Siembra medio selectivo para
detectar salmonella
Huevos de Helmintos HH/g Bailinger (1979) para
determinación huevos de
helmintos
42
7.6 Preparación de las mezclas.
Se realizó la combinación del biosólido proveniente de la etapa de maduración y arranque
de la planta de tratamiento de agua residual con material alcalinizado previamente mediante
la siguiente metodología:
Se prepararon en proporciones peso a peso, hasta formar un total de 10 kg en cada
cajón.
Para evaluar la estabilización alcalina, se empleó un diseño experimental
completamente al azar con seis tratamientos y dos niveles o duplicado, teniendo en
cuenta una muestra patrón.
Se utilizó cal viva y cal apagada, tomando como referencia, la experiencia y
procedimiento utilizado en la investigación que llevo a cabo por (T. Lozada et al.,
2008).
Se garantizó una mezcla homogénea dispuestas en cada cajón de acuerdo a las
combinaciones mostrada en la tabla 5.
Tabla 11. Tratamiento y dosis aplicadas en las mezclas de biosólido.
Tratamiento Sustrato Tipo de alcalinizante Dosis
Testigo
Biosólidos
Húmedo
10 kg
Testigo o blanco 0
T*1 Cal viva 8%
T2 Cal viva 15%
T3 Cal viva 30%
T4 Cal hidratada 8%
T5 Cal hidratada 15%
T6 Cal hidratada 30% *T= tratamiento.
Fuente: Autor
7.7 Mezcla optima entre Biosólidos y suelo de talud vial
Previo análisis de la muestra con mejor remoción de patógenos, se conformaron
tratamientos de mezcla, con material proveniente de talud de red vial, ubicada en el
kilómetro 3, sobre la vía Tunja-Bogotá, margen derecha (figura).
43
Figura 4. Talud vial utilizado en el proeycto de investigación.
Fuente: Autor
El suelo extraído del talud vial fue caracterizado mediante valores de nutrientes, materia
orgánica, pH, entre otros; posteriormente se realizaron las siguientes proporciones:
30% de Biosólidos y del 70% de material de talud vial (T1)
70% de Biosólidos con 30%, material de talud vial (T2)
100% Biosólidos (T).
100% suelo de talud vial (T3)
Para cada proporción se realizó replica y se dispuso en recipiente plástico; posteriormente
se sembraron dos estolones de kikuyo y con las mismas proporciones anteriormente
mencionadas, se sembraron dos estolones de pasto vetiver, controlando la cantidad de agua,
cada tercer día y cada quince días se registró el crecimiento de cada gramínea y al final se
realizó la caracterización química a las muestras. Posteriormente, este experimento
indicaría la mejor mezcla de biosólido con suelos pobres en materia orgánica, nutrientes y
el tipo de semilla mejor adaptada; con el fin de simular el recubrimiento de un talud, que
tenga desarrollo de revegetalización, mejorar las condiciones paisajísticas y contar con una
alternativa de aprovechamiento de este subproducto.
7.8 Ensayos piloto aplicando eco técnicas simulando talud vial con diferentes
ángulos de inclinación.
7.9 Montaje
Consistió en adicionar la mezcla con mejores aportes entre material de talud vial con el
biosólido y la gramínea; teniendo como parámetros, el contenido de nutriente, materia
orgánica y crecimiento de material vegetal con base al experimento anterior.
44
Utilizando los cajones de madera anteriormente mencionados, se procedió a realizar
perforaciones para controlar el drenaje y no saturar la mezcla con agua proveniente de
riego; el montaje simula ángulos de inclinación de 45°, 60° y 70° de un talud vial.
En esta última etapa de la investigación, se evaluaron dos eco técnicas de revegetalización
aplicada en diferentes ángulos de inclinación con la mezcla óptima de biosólido con suelo
proveniente de talud vial y semilla de pasto.
7.10 Eco tecnologías implementadas
7.10.1 Hidrosiembra.
Para esta técnica se procedió a la recolección de cladodios de nopal (Opuntia streptacantha
Lem), de uno a tres años de edad y tamaño mediano, realizando la limpieza, retiro de
espinas y la capa externa para el corte de la penca en cubos; posteriormente se realizó el
macerado para la extracción de la resina de nopal durante dos días en contacto con agua,
con el fin de extraer la mayor cantidad de resina. Se obtuvo una sustancia acuosa,
transparente, no se registró olor con una tonalidad transparente y verdosa; posteriormente
se incluyeron, mezclaron y se realizaron los siguientes procedimientos:
Se prepararon 5kg de adherente natural extraídos de cladodios (pencas) de nopal y
se utilizaron 200 g de adherente en cada unidad experimental.
550 g de suelo mejorado (biosólido con suelo árido) y 60 g de musgo. Esta mezcla
se aplicó en tres cajones de madera, incorporadas homogéneamente, la cual sirvió
de sustrato.
se sembró estolones de gramínea o de plantas herbáceas (pastos). Finalmente, a cada
cajón con la hidrosiembra se irrigó con 250 ml de agua cada tercer día por un
periodo de dos meses.
Los tres cajones de madera se instalaron en una base de madera, el cual trabajo
como base a 45º, 60° y 70° simulando la pendiente de talud.
Cada quince días, se midió las plántulas emergidas (en cm) en cada lote y el
comportamiento del ángulo de inclinación con el sustrato.
7.10.2 Geomalla
El sustrato para la técnica de geomalla, se formó por una mezcla que contenía la siguiente
formulación:
550 g de suelo enmendado y 60 gramos de musgo.
45
Se emplearon cajones de madera previamente mencionados, cubriéndolos
homogéneamente con el sustrato y se sembraron estolones de gramíneas (pastos).
Cada siembra fue cubierta por una geomalla, la cual consistió en una tela de yute
(por ser de origen natural) y cuya malla tenía una apertura de 1.5 x 2 mm. La
geomalla se fijó a los cajones de madera con palos
Se utilizó la misma base que lo contenedores utilizados en la técnica de
hidrosiembra, para simular pendientes de 45°, 60° y 70°.
Cada una de los tres cajones, se irrigó con 250 ml de agua cada tercer día por un
periodo de dos meses.
Cada quince días, se midió las plántulas emergidas (cm) en cada lote y el
comportamiento del ángulo de inclinación con el sustrato.
8 RESULTADOS
8.1 Desarrollo tratamiento estabilización biosólidos
Con el fin de estabilizar la presencia de microorganismos en los biosólidos de la planta de
tratamiento de agua residual de la ciudad de Tunja, se utilizó la técnica de estabilización
alcalina, utilizando dos procesos con cal viva y cal hidratada. Para procesar la cal hidratada
fue necesario adicionar agua; en la figura 5, se observa la mezcla obtenida, para el
tratamiento alcalino con cal hidratada.
Figura 5. a). Biosólido extraido de PTAR; b). Biosólidos mezclado con cal.
46
Figura 6; a). Mezcla biosólidos con cal viva al 8%; b). Figura 7. Mezcla biosólido con cal
viva al 15%
Figura 8; a). Mezcla biosólido con cal hidratada al 8%; b). Mezcla biosólido con cal
hidratada al 15%; c). Mezcla biosólido con cal hidratada al 30%.
Se realizaron las pruebas diarias hasta el día siete (7) y se tomaron lecturas a parámetros
establecidos, a continuación, la figura 7, muestra el desarrollo de estas actividades en el
laboratorio de aguas de la Escuela de Ingeniería Ambiental de la Universidad Pedagógica y
Tecnológica de Colombia.
47
Figura 9. Preparación muestra y determinación pH a biosólido y dosis del tratamiento
alcalino
8.2 Presencia de Microorganismos En Biosolidos
En la figura 8, se registró el procedimiento para el análisis microbiológico, en el laboratorio
del grupo de investigación de biología ambiental de la facultad de ciencias, de la
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.
Figura 10. Ensayo para determinar patógenos en la mezcla biosólido con tratamiento
alcalino.
El Biosólidos, al inicio de la investigación fue caracterizado para patógenos según los
informes microbiológico de la escuela de ingeniería ambiental UPTC, (Grupo de
investigación biología ambiental, 2017), en la tabla, se observan los valores obtenidos.
Tabla 12. Caracterización Microbiológica biosólidos PTAR-Tunja.
48
Parámetro Unidad
Valor
Biosolido
PTAR-tunja
Norma Colombiana
valores máximos.
Permisibles
Categoría
A
categoría
B
Coliformes Fecales
Unidades Formadoras
de Colonias UFC/g de
Biosólido (base seca)
< 2400 <1,00x103
<2,00x106
Huevos de Helmintos
Huevos de Helmintos
viables / 4 g de
Biosólido (base seca)
3 huevos <1,.0 <10,0
Salmonella sp
Unidades Salmonella
sp. Formador Colonias
UFC / en 25 g de
Biosólido (base seca)
Ausencia Ausencia <1,00 x103
PTAR= planta de tratamiento de agua residual
UFC= Unidades Formadoras de Colonias
Fuente: Autor
Analizando los anteriores resultados, los Biosólidos de la planta de tratamiento de agua
residual de Tuna, se clasificaron en categoría B, por la presencia de coliformes fecales y
huevos de helmintos, de acuerdo con el Decreto 1287 de 2014. Bajo estas consideraciones,
el biosólido generado en la planta de tratamiento de agua residual de Tunja, puede
destinarse para agricultura, en plantaciones forestales, en la recuperación, restauración o
mejoramiento de suelos degradados, como insumo en procesos de elaboración de abonos o
fertilizantes orgánicos o productos acondicionadores para suelos, para remediación de
suelos contaminados, como insumo en la fabricación de materiales de construcción, en la
estabilización de taludes de proyectos de la red vial nacional, red vial secundaria o terciaria,
en la operación de rellenos sanitarios, para actividades de revegetalización y paisajismo de
escombreras y en procesos de valorización energética.(Decreto 1287, Ministerio de
Vivienda, 2014).
Con base en lo anterior, es posible hacer uso de este subproducto en la utilización
anteriormente presentada; por lo tanto su uso como abono para la germinación de especies
vegetales y en consecuencia mejorar la estabilidad de taludes y revegetalizar el paisaje; no
obstante, para establecer su potencial de uso agrícola, se realizaron tratamiento alcalino y
sanitizar para controlar el riesgo de generación de vectores, controlar olores y reducir
porcentaje de humedad; para este fin el proceso de estabilización alcalina, se hizo por siete
(7) días, mediante el registro de los parámetros de temperatura, pH y humedad y las
variables de respuesta como coliformes fecales y huevos de helmintos, las cuales a
continuación se relacionan.
49
8.2.1 . Caracterización química de Biosólidos.
El Biosólido se caracterizó de acuerdo a las recomendaciones del Decreto 1287 de 2014, las
variables son químicas (metales pesados); en la tabla, se reportan los valores así:
Tabla 13. Caracterización Química- metales pesados.
Parámetro*
Unidad
Valor
Biosólidos
PTAR Tunja
Norma Colombiana
valor máximo permisible
categoría A categoría B
Arsénico
mg/Kg de
Biosólido
base seca
<5 20.0 40.0
Cadmio <0.05 8.0 40.0
Cobre 0.20 1.000 1.750
Cromo <0.05 1.000 1.500
Mercurio <10 10.0 20.0
Níquel <0.1 80.0 420.0
Plomo <0.3 300.0 400.0
Selenio <10 36.0 100.0
Zinc 1.79 2.000 2.800 *Instituto para la investigación e innovación en ciencia y tecnología de materiales. INCTEMA, UPTC.
Normas SM:3030E, 3111B, 3111D: Definiciones y método para análisis elemental por absorción atómica.
Equipo de absorción atómica marca shimadzu 7000.
Fuente: Autor.
Analizando los anteriores resultados, la presencia de metales pesados es mínima y es menor
a los valores permisibles máximos según el Decreto 1287 de 2014; en consecuencia la
categorización del tipo de Biosólidos por concentración de metales pesado es A.
8.3 Resultados de laboratorio del suelo extraído del talud vial.
La realización de la caracterización físico química del del suelo extraído del talud vial se
realizó en el laboratorio de suelos de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia, UPTC. En la siguiente tabla, se observan los valores obtenidos de los
principales nutrientes del suelo del talud vial, con el fin de determinar su composición.
Tabla 14. Valores de nutrientes en suelo de talud vial
Parámetro Valor
Ph 8,29
Materia Orgánica 1,36
Fosforo, P 41,79
Calcio(Ca) 3,71
Magnesio (Mg) 0,73
Potasio (K) 0,73
50
Conductividad eléctica 0,71
Fuente: Autor
8.4 Resultados de parámetros por estabilizar biosólidos.
8.4.1 Temperatura.
La adición de cal viva y cal hidratada, durante el tratamiento de estabilización alcalina al
Biosólido, produjo un aumento de la temperatura; los resultados se observan en la tabla 13.
Tabla 15. Medición de temperatura en tratamientos alcalinos de Biosólidos.
Tiempo
(min) Testigo
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Cal viva Cal hidratada
8% 15% 30% 8% 15% 30%
10 15 48 48,2 49 48,6 48,8 49,1
20 15 48,3 48,4 49,7 49,1 48,8 49,3
30 15 49,1 48,7 50,2 49,7 49,1 50
40 15 49,5 49,1 50,7 50 49,9 50,2
50 15 49,8 49,3 51,5 50,5 50 50,5
60 15 50 49,8 51,5 51,4 50,2 50,7
70 15 50,2 50 51,8 51,6 51,4 51
80 15 50,3 50,4 52,3 52,4 51,5 51,1
90 15 50,3 50,8 52 52,3 52 51,2
100 15 50 49,8 50 51 52,2 52,1
110 15 47,1 49 48,5 50 49,7 50,3
120 15 46,8 47 48,1 49,6 49 49,8 T=Tratamiento.
Fuente: Propia.
Los valores de temperatura evaluados en el tiempo de medición (tres primeras horas del
tratamiento), donde se registraron temperaturas con valores alrededor de 50°C. En
consecuencia se puede inferir que las reacciones exotérmicas medidas tienen un efecto
inhibidor sobre los microorganismos patógenos ya que su estructura puede ser modificada
por el efecto térmico (T. Lozada et al., 2008), a la par con los valores de temperatura
alcanzados y recomendados son cercanos o superiores a 52°C durante un tiempo mínimo de
72 horas (U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), 2002). Sin embargo se denota
que la variación de temperatura entre los diferentes tratamientos es casi nula; por lo tanto la
proporción de cal del 8% al 30% no varía significativamente.
51
8.4.2 Humedad.
Los resultados al medir la humedad del sustrato en proceso experimental se observan en la
tabla
Tabla 16. Resultados de humedad en los tratamientos al séptimo día (una semana).
Tratamiento Humedad (%)
Testigo Cal 0% 75,00 76,4
T2 Cal Viva 8% 54,43 53,51
T3 Cal Viva 15% 23,14 23,15
T4 Cal Viva 30% 16,59 16,1
T5 Cal hidratada 8% 42,00 43,1
T6 Cal hidratad 15% 12,96 13
T7 Cal hidratada 30% 8,50 8,9 T=Tratamiento.
Fuente: Propia.
El contenido de humedad se reduce a medida que aumenta el contenido de cal para ambos
tratamientos, no obstante la mayor disminución de humedad se obtuvo utilizando cal
hidratada (C ( OH )2). Transcurridos los siete días del tratamiento, se alcanzó la
recomendación de (Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC),
2004) Contenido de humedad debe ser máximo de 20 %, para su uso de productos en la
industria agrícola y materiales utilizados como fertilizante y acondicionadores, dado que La
deshidratación puede favorecer el proceso de reducción de patógenos debido a la sequedad
del sustrato inhibe el crecimiento bacteriano (T. Lozada et al., 2008). Los cambios
organolépticos evidenciaron una variación en los tratamientos, debido a que el Biosólido,
presentaba un color negro y olor ofensivo y posterior a realizar el tratamiento alcalino, este
cambió a color gris con apariencia granular.
8.4.2.1 Análisis de varianza de la humedad.
Teniendo en cuenta las hipótesis nulas y alternativas de los tratamiento alcalinos, se realiza
el análisis de varianza, según la realización de pruebas de significación estadística, usando
la denominada distribución F de Snedeco (Montgomery, 2017).
Tabla 17. Resumen de promedios y varianza de los tratamientos
Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza
Testigo 2 151,4 75,7 0,98
T2 2 107,94 53,97 0,4232
T3 2 46,29 23,145 5E-05
T4 2 32,69 16,345 0,12005
T5 2 85,1 42,55 0,605
52
T6 2 25,96 12,98 0,0008
T7 2 17,4 8,7 0,08
T= Tratamiento
Fuente= Propia.
Realizando los cálculos de sumas de cuadrados de los tratamientos, con sus respectivos
grados de libertad se obtiene el resume el análisis de varianza (ANOVA) mostrado en la
siguiente tabla.
Tabla 18. Análisis de varianza de la humedad por lo tratamientos alcalinos.
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de
los cuadrados
F Valor crítico
para F
Tratamientos 7438,4 6 1239,7 3928,4 3,87
Error 2,2 7 0,3
Total 7440,6 13
Fuente: Propia.
Realizado el análisis de varianza se observa que , por lo tanto se rechaza la
hipótesis nula y se establece que tratamiento alcalino afectarán la humedad de la mezcla de
Biosólido con cal viva o cal hidratada.
8.4.3 pH
Al realizar el tratamiento alcalino utilizando cal viva y cal hidratada, el pH sobre 12 y se
mantuvo casi estable hasta el séptimo día; los resultados se pueden observar en la tabla 10.
Tabla 19. Resultados del cambio del pH por tratamientos alcalinos.
Día Parámetro
Tratamientos de estabilización alcalina
Testigo
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Cal
Viva
8%
Cal
Viva
15%
Cal
Viva
30%
Cal
hidratada
8%
Cal
hidratada
15%
Cal
hidratada
30%
1
pH
9,27 13,05 13,16 13,19 12,98 13,1 13,29
2 9,27 13,02 13,15 13,13 12,99 12,86 13,24
3 9,27 12,85 12,97 12,97 12,7 12,92 12,9
4 9,27 12,85 12,95 12,95 12,78 12,85 12,9
5 9,27 12,94 12,97 13 12,8 12,91 12,92
6 9,27 12,89 12,96 13 12,76 12,9 12,88
7 9,28 12,59 12,76 12,88 12,69 12,77 12,79 T= Tratamiento
Fuente: Autor.
53
La tabla anterior muestra un aumento considerable del pH alrededor de 39,5 ±0,8 %, el
aumento de pH, reduce significativamente la cantidad de patógenos debido a que estos
valores de pH sobrepasa los límites de tolerancia para el crecimiento y supervivencia de
organismos resistentes como los huevos de helmintos (U.S. Environmental Protection
Agency (USEPA), 2002). Sin embargo la comparación de cabio de pH entre tratamiento al
igual que en temperatura no variaron en gran medida.
8.4.3.1 Analisis de varianza para el cambio de pH.
Teniendo en cuenta las hipótesis nulas y alternativas de los tratamiento alcalinos, se realiza
el análisis de varianza, según la realización de pruebas de significación estadística, usando
la denominada distribución F de Snedeco (Montgomery, 2017).
Grupos Días Suma Promedio Varianza
Testigo 7 64,9 9,271 0,000
T2 7 90,19 12,884 0,023
T3 7 90,92 12,989 0,018
T4 7 91,12 13,017 0,011
T5 7 89,7 12,814 0,015
T6 7 90,31 12,901 0,010
T7 7 90,92 12,989 0,038
Realizando los cálculos de sumas de cuadrados de los tratamientos, con sus respectivos
grados de libertad se obtiene el resume el análisis de varianza (ANOVA) mostrado en la
siguiente tabla.
Tabla 20. Análisis de varianza del PH por lo tratamientos alcalinos
Origen de las
variaciones
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Promedio de los
cuadrados F
Valor crítico
para F
Tratamientos 80,6 6 13,4 811,13 2,32
Error 0,7 42 0,016
Total 81,3 48
Fuente: Propia.
Realizado el análisis de varianza se observa que , por lo tanto se rechaza la
hipótesis nula y se establece que tratamiento alcalino afectarán el pH de la mezcla de
Biosólido con cal viva o cal hidratada, si embargo el efecto en el pH indistintamente de la
concentración o tipo de cal no generó variación considerable; por lo tanto y para efectos
prácticos se considera utilizar la menor cantidad de materia y una cal con menor
reactividad, es decir cal hidratada.
54
8.4.4 Resultados microorganismos y parásitos con estabilización alcalina.
En la tabla 11 se muestran los resultados de la evaluación de la reducción de patógenos
mediante estabilización alcalina aplicada directamente al Biosólido de la planta de
tratamiento de agua residual de Tunja; el uso de tratamientos alcalinos reduce la cantidad
de microorganismos potencialmente patógenos y seguidamente generar un
aprovechamiento en la agricultura sin riesgo para la salud pública.
Tabla 21. Presencia de microorganismos con tratamiento de estabilización alcalina.
Parámetro Unidad
Tratamientos estabilización alcalina
Testig
o
T1 T2 T3 T4 T5 T6
Cal
Viva
8%
Cal
Viva
15%
Cal
Viva
30%
Cal
hidratada
8%
Cal
hidratada
15%
Cal
hidrata
da 30%
Coliformes
Fecales NMP*/1
00ml ≥ 2400 43.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Huevos de
Helminto
huevos/4
g de
biosólido
(base
seca)
3 0 0 0 0 0 0
Salmonella
sp
UFC**/
25 g de
biosólido
(base
seca)
Negativo
para
Salmonella
sp
Negativo
para
Salmonella sp
Negativo
para
Salmonella sp
Negativo
para
Salmonella sp
Negativo
para
Salmonella sp
Negativo
para
Salmonella sp
Negativo
para
Salmonella sp
*NMP=Número más Probable
**UFC= Unidad Formadora de Colonias
Fuente: Autor
Los tratamientos con cal hidratada y cal viva eliminaron la totalidad de coliformes fecales y
huevos de helmintos; conjuntamente no se encontró rastros de salmonella en el testigo y en
los tratamientos y según el Decreto 1287 de 2014, la categoría de estos Biosólidos tratados,
cambio de tipo B a tipo A.
8.4.5 Dosis escogida en tratamiento alcalino de Biosólidos.
Considerando la temperatura, humedad, pH y la remoción microorganismos; además,
teniendo en cuenta la menor cantidad de material a utilizar la dosis y el tratamiento
alcalino, se determina el tratamiento T2, con la presencia de cal hidratada al 15%. Posterior
al tratamiento alcalino y la eliminación de patógenos, se procede a eliminar el exceso de cal
con agua; esto con el fin de evitar inconvenientes relacionados con el crecimiento vegetal.
55
8.5 Resultados de revegetalización.
8.5.1 Resultados de los tratamientos suelo de enmienda con semillas de gramíneas.
Posterior a la siembra de estolones de pasto kikuyo y pasto vetiver se registró el
comportamiento de su crecimiento durante tres meses, realizado en condiciones de
temperatura ambiente de 14°C, en el municipio de Sora, Boyacá, por motivos de
irregularidades en el acceso al campus universitario debido a las manifestaciones
estudiantiles a finales del año 2018; la fugura 10, muestra el crecimiento de estas plantas
con diferentes tratmientos.
Figura 11. a). Siembra de T2 (70%biusolido-30% suelo talud) con pasto kikuyo; b).
Siembra tratamiento (70%biusolido-30% suelo talud) con pasto vetiver; c). (a) Siembra del
T3 con estolón de pasto kikuyo; d). Siembra T (100% Biosólido) con estolón de pasto
vetiver.
Como se puede observar en la figura 11, transcurrido tres meses se aprecia cualitativamente
mayor desarrollo y crecimiento de los estolones de pasto kikuyo en el tratamiento (T), el
cual corresponde a la muestra que contiene 100% biosólido.
8.5.2 Resultados de la composición física y química de los tratamientos y
revegetalización
56
Transcurridos tres (3) meses de tratamiento, se tomaron muestras de suelo hasta 15 cm de
profundidad y se extrajeron 500 gramos a cada tratamiento enmendado para analizar en el
laboratorio de suelos de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, UPTC,
evaluando los parámetros de pH, calcio, magnesio, potasio, sodio, fosforo, capacidad de
intercambio catiónico, entre otros.
8.5.3 Composición física del suelo
Se realizó el análisis del suelo, para cada uno de los tratamientos T (biosólidos 100%),
T1(70% biosólidos con 30% de suelo talud), T2 (70%suelo talud vial con 30% de
biosólido) y T3 (100% suelo talud vial), para su respectivo análisis; en la figura se observan
los resultados obtenidos relacionados con el tipo de suelo mediante tamaño de partícula
según la norma ASTM D2487(American Society of Testing Materials (ASTM), 2017).
Intervalos de confianza se realizaron con confiabiliad del 95 % utilizando distribución t de Student
Figura 12. Textura del Biosólidos-suelo Talud Fuente: Autor.
En cuanto la composición morfológica del suelo Talud y el Biosólidos, esta son diferentes;
en primer lugar el Biosólidos tiene una alto contenido de arena 77% ±4%; similar a los
productos generados por la PTAR el Salitre (65,06%), (Mozo & Gomez, 2016;Acueducto
agua y Alcantarillado de Bogotá., 2011). Caracterizando este material por su textura, este es
un material franco arenoso en textura, con un alto contenido de arena, el cual presenta buen
drenaje, no obstante tiene suficiente limo y arcilla para tener cierta cohesión; no obstante el
suelo de talud contiene un contenido considerable de arcillas 49±4%, el cual imparte un
comportamiento plástico en estados húmedos y como un material duro y resistente en
estados secos(Mozo & Gomez, 2016;W. Ricardo, Moreno, & Gómez, 2016), esto permite
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100% Biosólido 70%Biosólido-30%Suelo 70%suelo-30%Biosólido 100% Suelo
Textura del Biosólido-suelo Talud
% % %
57
mayor retención de agua siempre y cuando existen condiciones de humedad, lo cual para
climas semi-secos como Tunja generar permite la erosión en este tipo de sustratos. Para una
mezcla de 70 % Biosólidos y 30% suelo las diferencias en texturas es similar a la observada
con Biosólidos en su totalidad, mientras que la mezclas 30% Biosólidos y 70 % suelo talud
presenta un equilibrio en finos (arena, limo y arcilla).
8.5.4 Variables químicas.
8.5.4.1 Contenido de pH.
El pH es uno de los parámetros más importantes que influyen en la fertilidad del suelo. La
disponibilidad de otros nutrientes esenciales para la planta depende de los valores de pH.
Conociendo el valor de pH del suelo es posible diagnosticar problemas de nutrientes para
un buen desarrollo de las plantas (Rivera, Sánchez, & Domínguez, 2018).
En la figura 13, se observa la variación del pH a medida que aumenta la inclusión de suelo
talud.
Intervalos de confianza se realizaron con confiabiliad del 95 % utilizando distribución t de Student
Figura 13. pH en las diferentes mezclas suelo Talud-Biosólido.
Como se puede observar en la gráfica 13, el aumento de pH es directamente proporcional al
aumento de inclusión de suelo talud, determinado mediante el ajuste de la ecuación por
mínimos cuadrados, con un R de 0,94, lo cual establece la una alta confiabilidad de la
interpolación. No obstante el promedio de pH de todas las mezclas es 8,06±0,38; asimismo
y = 0,18x + 7,61 R² = 0,9496
7,2
7,4
7,6
7,8
8
8,2
8,4
100% Biosólido 70%Biosólido-30%Suelo 70%suelo-30%Biosólido 100% Suelo
pH
Mezcla de suelotalud-Biosólido
Cambios de pH en mezclas suelto-talud
58
se observa que posterior al tratamiento alcalino y su remoción el pH tomo valores neutros
y adicionar suelos sedimentarios de los cuales se constituye el talud, los cuales son ricos en
calcio y otros elementos básicos, aumenta la cuantía de pH si que esta aumente a valores
altos. Asimismo los problemas de crecimiento en planta son influidos por una alta acidez.,
la cual reducen la producción de biomasa, largo de las hojas y la concentración de proteína
cruda de kikuyo o gramínea, cuando el pH en el suelo es menor a 4 91. Sin embargo, a un
pH mayor no se presentaron diferencias en la respuesta productiva y las características
composicionales de esta (Vargas Martínez, Sierra Alarcón, Andrea Milena Mancipe
Muñoz, & Avellaneda Avellaneda, 2018).
8.5.4.2 Contenido de materia orgánica.
La inclusión de materia orgánica genera un indudable efecto positivo en la agricultura,
aumentando los rendimientos en el crecimiento vegetal (Matter, Role, & Agriculture,
2006); por lo tanto, determinar la cantidad de materia orgánica en el suelo vislumbrará el
crecimiento vegetal en la combinación de Biosólido con suelo talud, estas mediciones se
observa en la siguiente figura:
Intervalos de confianza se realizaron con confiabiliad del 95 % utilizando distribución t de Student
Figura 14. Presencia de materia orgánica en los tratamientos
Observando y analizando los resultados obtenidos se observa que proporcionalmente, +
mayor cantidad de Biosólido mayor cantidad de materia orgánica, teniendo un error de0,
97, realizando interpolación por mínimos cuadrados. Asimismo se observa una pequeña
cantidad de materia orgánica en el suelo talud (15% del total de materia orgánica contenido
8,98
7,57
3,97
1,36
y = -2,646x + 12,085
R² = 0,9759
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
100% Biosólido 70%Biosólido-30%Suelo 70%suelo-30%Biosólido 100% Suelo
% M
ater
ia O
rgán
ica
Mezcla de suelotalud-Biosólido
Cambios de Materia organánica en mezclas suelto-talud
59
en el Biosólido), es escasa y regularmente en lo suelos no supera el 2% (Matter et al.,
2006); en consecuencia, para obtener mayores resultados de crecimiento vegetal en el tipo
de suelo talud, es recomendable incluir Biosólido como adición de materia orgánica.
8.5.5 Capacidad de intercambio catiónico.
Capacidad del suelo para retener e intercambiar cationes, lo cual genera la fase
intercambiable del suelo y a su vez indica la fertilidad del suelo asociada con una buena
saturación de bases (P, Mg, Ca, Na, K), las cuales indican un al contenido de sustancias
inorgánicas esenciales para un buen crecimiento, los cuales deben ser proporcionados de
forma exógena de acuerdo con el balance requerimiento – suministro, presentando demanda
de macronutrientes (N, P, K, Mg, Ca y Na)(Villegas Hurtado, Dussán Currea, & Miranda
Lasprilla, 2016). De acuerdo con (Matter et al., 2006) el potasio mejora la calidad y
duración del cultivo y también alivia las condiciones de estrés. El potasio es activador de
muchas enzimas que son esenciales en la fotosíntesis y en la respiración, además activa
enzimas necesarias para formar almidón y proteínas y es involucrado en el transporte de los
fotoasimilados. Asimismo, el K es un ión que desempeña un papel fundamental en la
osmorregulación celular y su deficiencia produce pérdida de turgencia y marchitamiento,
más acentuado cuando hay déficit hídrico, además de dar firmeza a los tejidos y grosor a las
paredes celulares; la deficiencia de potasio genera descomposición del tejido
parenquimatoso. El calcio (Ca) se usa en la síntesis de nuevas paredes celulares,
particularmente en la lámina media que separa las nuevas células divididas; se requiere para
un normal funcionamiento de las membranas vegetales, regula la maduración, activa ciertas
enzimas y afecta las tasas de respiración, producción y mejora la resistencia natural a
enfermedades y mantiene la calidad del fruto. El magnesio (Mg) cumple un rol específico
como activador de enzimas envueltas en la respiración, fotosíntesis y síntesis de ADN y
ARN. También forma parte de la molécula de clorofila, participación en el desarrollo de
frutos. En la figura 15, se valuaron los cationes intercambiables Ca, Mg, K, Na.
60
Figura 15. Iones intercambiables en las muestras de suelo de talud mezcladas con
Biosólidos.
La aplicación de Biosólidos mostró una tendencia a aumentar los cationes intercambiables
en la mezcla de suelo, adicionalmente el calcio (Ca) es mayor en cantidad debido al origen
sedimentario del suelo talud y remanente de cal producto del tratamiento realizado
previamente en el Biosólidos; en consecuencia la inclusión de Biosólido al suelo talud
mejora la capacidad de intercambio catiónico y a su vez provee de nutrientes a la planta,
debido a que suelo del talud en estudio es pobre en estos elementos; esto conlleva a un
mejor crecimiento de las especies vegetales en el talud..
8.5.6 Contenido de fosforo
El fósforo (P) es un nutriente esencial en el crecimiento vegetal. Por lo tanto se requiere
incrementar la disponibilidad de estos nutrientes y mejorar la productividad de los cultivos,
se introducen al suelo fertilizantes químicos, aunque su utilización es crítica para la
producción de alimentos, hoy en día se ha convertido en una práctica costosa y que acarrea
serias consecuencias ambientales(Laura Emilia Cerón & Gutiérrez, 2012). En
consecuencia, establecer el contenido de este elemento en los Biosólido establecerá un
potencial uso como fertilizante. Por lo tanto, en la siguiente ilustración, se consignan los
resultados obtenidos del contenido de fosforo en los diferentes tratamientos.
13,66 14,53
9,06
3,71 3,17
2,55 1,62
0,73 1,66
1 0,86 0,73 0,46 0,31 0,25 0,22
0
2
4
6
8
10
12
14
16
100% Biosólido 70% Biosólido-30% Suelo 70% suelo-30% Biosólido 100% Suelo
Ca Mg K Na
61
Intervalos de confianza se realizaron con confiabiliad del 95 % utilizando distribución t de Student
Figura 16. Resultados presencia de fosforo (P).
Los resultado anteriormente expuestos demuestran un alto contenido de fosforo en
biosólidos. No obstantes los contenidos disminuyen al mezclarse con suelo talud; esto es
causado por la alcalinidad del suelo (pH mayor a 7), la solubilidad del fósforo disminuye
debido que reacciona con el calcio (Ca) formando compuestos insolubles o de baja
solubilidad como los fosfatos de calcio, además en este tipo de pH no favorece la absorción
del Calcio; otra afectación en la disponibilidad de fosforo es causada por suelos de tipo
arcillosos como los suelos del talud vial, debido a la mayor capacidad de retención de
aniones como el fosforo, gracias al que el biosólido es un suelo franco arenoso, la
disponibilidad de fosforo es mayor, conjuntamente en suelos con alto contenido de materia
orgánica, existe un importante aporte de fosforo, no obstante, no es detectado
fácilmente(Sierra Bernal, 2003).
8.5.7 Conductividad eléctrica (CE).
Es la medida de la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica, el valor
será más alto cuanto más fácil se mueve la corriente a través del mismo. Esto se relaciona
con la concentración de sales solubles presentes en la solución del sustrato, por lo tanto a
mayor CE, mayor es la concentración de sales.(Barbaro, Lorena; Karlanian, Mónica; Mata,
2014). Los resultados del contenido de conductividad eléctrica al final del ensayo en cada
una de las mezclas, se relacionan en la siguiente gráfica.
187
31,88
17
40,76
0
50
100
150
200
250
100% Biosólido 70%Biosólido-30%Suelo 70%suelo-30%Biosólido 100% Suelo
Ppm
Mezcla de suelotalud-Biosólido
Contenido de Fosforo en mezclas de suelto talud y Biosólido
62
Intervalos de confianza se realizaron con confiabiliad del 95 % utilizando distribución t de Student
Figura 17. Resultados de conductividad eléctrica al final del ensayo.
8.5.8 Resultados globales en las combinaciones de Biosólidos y suelto talud.
Con el fin de escoger la mezcla óptima para su utilización en el talud piloto con los
bioindicadores, se analizaron de forma global las variables mostradas en la figura 18.
0
1
2
3
4
5
6
100% Biosólido 70%Biosólido-30%Suelo 70%suelo-30%Biosólido 100% SueloConduct
ivid
ad e
lect
rica
(ds
m-1
)
Mezcla de suelotalud-Biosólido
Conductividad electrica en mezclas de suelto talud y
Biosólido
8,29
1,36 0,73 0,73
3,71
0,71
8,03 7,57
1
2,55
14,53
4,34
8,18
3,97
0,86 1,62
9,06
0,98
7,74
8,98
1,66
3,17
13,66
3,02
0
2
4
6
8
10
12
14
16
PH MATERIA
ORGANICA %
K Mg Ca C.E
Comparación propiedades químicas entre tratamientos
100% Suelo 70%suelo-30%Biosólido 70%Biosólido-30%Suelo 100% Biosólido
63
Figura 18. Resumen de caracterización realizada a mezclas de suelo talud y biosólido.
Teniendo en cuenta los resultados analizados y las variables las cuales relacionan la
capacidad del suelo para mejorar el crecimiento de las plantas que ayudara a mejorar el
paisa y la estabilidad en taludes, se escogió una mezcla teniendo en cuenta lo siguiente:
Con el fin de mejorar el suelo extraído de los taludes viales, es imprescindible
utilizar una mezcla que cambien tanto los Biosólidos como el suelo de talud.
Se escogió en consecuencia la enmienda de suelo que mayor aporte de nutrientes
aporte a las plantas; por lo tanto, se escogió la proporción 70% Biosólidos y 30% de
suelo talud.
8.6 Desarrollo de bio indicadores
Como bioindicador, se evaluó la respuestas en altura de crecimiento y porcentaje de
germinación del kikuyo y pasto vetiver, encontrando mayor crecimiento en el kikuyo, con
un porcentaje de germinación del 75%; no obstante, se observó un bajo porcentaje de
germinación inferior al 35% con la semilla de vetiver. Teniendo en cuenta el largo intervalo
de tiempo que requiere la planta para crecer, la resistencia resistente a la temperatura
ambiente y al escaso uso de agua, se escogió la planta Kikuyo para análisis en suelo de
talud vial y biosólido.
8.6.1 Ensayo piloto simulando talud vial
A continuación, se presentan las imágenes relacionadas con la elaboración de la estructura
para simular diferentes pendientes o ángulos de inclinación con el fin de simular un talud
donde se hizo la conformación del suelo enmendado con la gramínea seleccionada y
aplicando dos eco técnicas donde se evaluó el desarrollo y comportamiento en ángulos de
45°, 60° y 70 ° por presentar dificultad para la siembra y el mejoramiento paisajístico en las
vías.
64
Figura 19. Montaje y simulando ángulos de inclinación en un talud vial.
Se realizó la aplicación de suelo de enmienda, el cual corresponde a la dosis de 70%
biosólido estabilizado con 30% de suelo del talud vial, en los seis compartimientos, donde a
través de eco técnicas de revegetalización se sembró la gramínea seleccionada (kikuyo) a
diferentes ángulos de inclinación de talud, por ser considerada una situación que dificulta el
desarrollo y mejoramiento paisajístico sobre una vía. A continuación, se presentan
imágenes que ilustran esta actividad.
Figura 20. a) Montaje general experimento simulando ángulos de inclinación en talud.
Ilustración 24; b). simulación de ángulos de 45° y 60° con suelo enmendado.
A continuación, se seleccionaron los estolones de kikuyo para realizar la siembra en las dos
eco técnicas.
65
Figura 21. Kikuyo seleccionado para siembra en ensayo piloto
En el primer cajón se sembró kikuyo con técnica de geomalla y con ángulo de inclinación
de 45° en el segundo cajón siembra de kikuyo a 45° se aplicó la técnica hidrosiembra y así
para 60° y 70°, intercalados sucesivamente en los cajones tres y cinco. A continuación, se
observa, la instalación de geomalla en fibra natural.
Figura 22. Instalación de geomalla en inclinación de 60°
Se realizó en los cajones dos, cuatro y seis, la adición del aglutinante natural para aplicar la
técnica de hidroseimbra en ángulos de 45°, 60° y 70° con semilla kikuyo.
66
Figura 23. a). Aplicación de resina de Nopal en hidrosiembra. b). apariencia del aglutinante.
A continuación, el montaje general de la simulación de talud vial con diferentes ángulos de
inclinación y aplicando las eco técnicas de revegetalización.
Figura 24. Diferentes hidrosiembra en Unidades experimentales.
El ensayo piloto, presentó la misma composición del suelo enmendado (70% biosólidos
estabilizado con 30% de suelo de talud vial) con la siembra de estolones de kikuyo con una
altura de 10 cm pero con diferentes ángulos de inclinación de 45°, 60° y 70° En el primer
cajón de la figura 24, se ecuentra la emienda de suelo a 45° con la eco técnica de geomalla.
En el segundo cajón de la misma ilustración corresponde a suelo de enmienda a 45° con la
técnica de hidrosiembra con Nopal; el tercer cajón se sembró el estolón de kikuyo a 60° con
la instalación de geomalla, el cuarto cajón se aplica hidrosiembra y para los cajones quinto
y sexto, suelo de enmienda con la composición anteriormente descrita con la siembra de
67
kikuyo a 70 grados y utilizando las eco técnicas respectivamente. A continuación, se
muestran los resultados del ensayo.
Figura 25. a). Condiciones del nopal en la técnica de hidrosiembra. Ilustración; b).
Desarrollo y crecimiento con hidrosiembra a 60°; c). Presencia de hidrosiembra a
70°registró suelo de enmienda aplicando las geomalla y nopal respectivamente.
Transcurrido tres meses, del montaje del experimento se evaluaron las condiciones de cada
una de las ecotécnicas y el comportamiento con el ángulo de inclinación, y el desarrollo del
crecimiento de la revegetalización. El crecimiento de la planta Kikuyo se midió desde el
tallo una vez por mes, por tres meses, estos resultados se plasman en la siguiente figura:
68
Figura 26. Crecimiento de las plantas de Kikuyo utilizando dos ecotecncias
Como se puede observar en la figura 25, el crecimiento de la planta es similar al inicio de
las mediciones ( mes 1), sin embargo, al segundo mes fue de un 50% mayor y al tercer mes
el crecimiento fue un 133% mayor utilizando hidrosiembra; por lo tanto, es claro que el
método de hidrosiembra es mucho más efectivo para el crecimiento de las plantas de
Kikuyo; esta técnica se aplicó mediante el gel que produce la hoja de nopal para los cajones
segundo, cuarto y sexto, con los ángulos de inclinación (45°, 60° y 70°) permitió un suelo
enmendado húmedo por mayor tiempo (tres días), lo cual permitió el crecimiento y
desarrollo del kikuyo generando mejor propagación, crecimiento en un 30% del tallo y las
hojas.
Se tuvo en cuenta la variable externa de la condición del clima y la ocurrencia del
fenómeno del niño durante los meses de enero y febrero de 2019, donde se registró
ausencia de precipitación y temperatura que oscilan entre los 20 y 25 grados Celsius,
ocasionando un suelo seco en la técnica de geo malla. Aunque, se hizo riego de agua cada
tres días, para los seis cajones en la misma cantidad (400ml), se registró mayor resequedad
en los cajones con la técnica de geomalla, por tal motivo bajo crecimiento del kikuyo, se
registró que se fijó la raíz, pero fue muy bajo el crecimiento del tallo y de las hojas, tan solo
un 10%.
10
13
15
11 12,8 14
10
13 15,4
12
21
29
10
18
32
11
19
35
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3
Cre
cim
ien
to m
edid
o d
esd
e el
tall
o (
cm)
Tiempo de Germinación (meses)
GEOMALLA A 45°
GEOMALLA A 60°
GEOMALLA A 70°
HIDROSIEMBRA A 45°
HIDROSIEMBRA A 60°
HIDROSIEMBRA A 70°
69
10. CONCLUSIONES
Gracias a esta investigacion fue posible establecer el contenido de metales pesados, los
cuales se ajustan a los parámetros mínimos, al igual que la presencia y cantidad de
microrganismos patógenos y parásitos, se clasifican en categoría B, de acuerdo con el
Decreto 1287 de 2014.
Debido al tratamiento alcalino en biosólidos de la planta de tratamiento de agua residual de
la ciudad de Tunja, fue posible eliminar potenciales amenazas de microorganismos
patógenos del material.
Se demostró con los biosólidos de la planta de tratamiento de agua residual de la ciudad de
Tunja, tienen un gran potencial para uso agrícola gracias al contenido de materia orgánica y
nutrientes inorgánicos, capacidad de intercambio catiónico y la ventaja de elimnar un
residuo industrial y reutilizarlo para beneficio de la sociedad.
Gracias a esta investigacion, se determinó mayores aportes en capacidad de intercambio
catiónico, contenido de materia orgánica y fosforo, lo cual aporta al crecimiento vegetal
con mayor vigor y rapidez; sin embargo, estos beneficios requieren estabelcerce con mayor
profundidad en otras aplicaciones que fomenten el uso acomo fertilizante de eestos residuos
industriales su aprovechamiento.
La ecotécnicas empleadas permitieron mejorar el crecimiento vegetal sin necesidad de
utilizar insecticidas o componentes no reutilizables y dañinos para el medio ambiente, en
especial la técnica hidrosiembra con Nopal, presento mejor eficiencia en crecimiento y
esparcimiento del Kikuyo.
No fue posible determinar el efecto de las especies vegetales germinadas como cobertura
vegetal en el talud vial debido a que no varió la estabilidad del talud piloto a diferentes
grados de inclinación; por lo tanto, no fue posible establecer los cambios en la estabilidad
mediante las técnicas empleadas.
9 RECOMENDACIONES
Se recomienda al operador de aguas de Tunja, el aprovechamiento del subproducto que se
genera y trata la planta de tratamiento de agua residual de Tunja, como sustrato y enmienda
orgánica en la recuperación y revegetalización de taludes vial, mediante la generación de
diferentes proyectos que continúen mostrando las bondades de los biosólidos para su
posterior uso.
70
11. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA.
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