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UNIVERSIDAD EARTH EFICIENCIA DE LOS MICROORGANISMOS EFICACES (EM) EN LA ESTABILIZACIÓN DE LODOS SÉPTICOS PARA SU REUSO AGRÍCOLA Marcos Tomás Fioravanti Basombrío Natalia Vega Araya Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero(a) Agrónomo(a) con el grado de Licenciatura Guácimo, Costa Rica Diciembre, 2003

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UNIVERSIDAD EARTH

EFICIENCIA DE LOS MICROORGANISMOS EFICACES (EM) EN LA ESTABILIZACIÓN DE LODOS SÉPTICOS PARA SU REUSO AGRÍCOLA

Marcos Tomás Fioravanti Basombrío

Natalia Vega Araya

Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero(a) Agrónomo(a) con el grado de Licenciatura

Guácimo, Costa Rica Diciembre, 2003

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Trabajo de Graduación presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero(a) Agrónomo(a) con el grado de Licenciatura

Profesor Asesor Ing. Carlos Hernández H., Ph.D.

Profesor Coasesor Shuichi Okumoto, M.Sc.

Profesora Coasesora Jane Yeomans, Ph.D.

Decano Daniel Sherrard, Ph.D.

Candidato Marcos T. Fioravanti Basombrío

Candidata Natalia Vega Araya

Diciembre, 2003

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DEDICATORIA

A mis padres, ellos son una de mis más importantes motivaciones y a quienes

siempre quiero mostrar con entusiasmo cada uno de mis resultados. De ellos nace

la oportunidad de toda esta etapa de mi formación que concluye con esta tesis.

A ellos y también a todos los que todavía creen en invertir su tiempo y

conocimiento para retrazar la entropía de un mundo donde todo está tan mal e

injustamente diseñado.

Marcos

A mis padres, por darme la educación, apoyo y comprensión que me han

permitido concluir exitosamente otra etapa más de mi vida.

A mi tía Carolina, por motivarme en el campo del adecuado manejo de nuestros

desechos más básicos.

Natalia

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AGRADECIMIENTO

A Juanfran por que desinteresadamente estuvo dispuesto a “meter las manos en

la masa” con nosotros; fue fundamental en la etapa experimental.

A nuestros asesores por su tiempo y conocimientos.

Al personal de Ingeniería que nos apoyó y salvó en más de una ocasión.

Al personal del Laboratorio EARTH, pues también tuvieron que lidiar con los olores

y colores de nuestro experimento.

Marcos y Natalia

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RESUMEN

En Costa Rica, los tanques sépticos son el sistema más común para el

manejo de las excretas humanas. En este sistema se utilizan grandes volúmenes

de agua para transportarlas hasta tanques en los que se da un proceso de

sedimentación primaria donde se acumulan sólidos mezclados con agua. Este

material, llamado lodos sépticos o biosólidos crudos, contiene, además de agua,

microorganismos patógenos, componentes sólidos putrescibles y gran cantidad de

nutrientes. En Costa Rica sólo un 4 % de los lodos sépticos se tratan antes de ser

descargados a ríos o mares. Ante esta insalubre situación y con el conocimiento

de que se han tomado medidas legales que obligan el tratamiento de los lodos, en

la Universidad EARTH surge la necesidad de encontrar un tratamiento efectivo,

fácil y factible que permita la segura disposición o reuso de este material.

Con el presente proyecto se inició la búsqueda de un tratamiento que

garantice la estabilización de los lodos; esto significa la eliminación de patógenos

y la reducción de su potencial putrescible, que es lo que causa mal olor. Para

cumplir con este objetivo, se utilizaron Microorganismos Eficaces (EM); estos son

una mezcla de microorganismos benéficos que crean un ambiente negativo para

patógenos y son efectivos degradadores de materia orgánica. Para determinar su

eficacia en la estabilización de los lodos se utilizaron dos tanques anaeróbicos con

1 m3 de lodos sépticos cada uno. A uno de ellos se le aplicó 10% (v/v) de EM

activado y el otro se dejó como Control. Se tomaron muestras del lodo inicial y se

muestreo cada dos semanas durante un mes, analizando características físicas,

químicas y biológicas de los biosólidos. Se hicieron dos repeticiones.

Los resultados revelaron una diferencia, desde la segunda semana, entre el

Control y el tratamiento con EM. Los principales indicadores que favorecen al

tratamiento con EM son: reducción casi total de coliformes totales y fecales,

cambio de un olor muy fuerte y putrefacto a un olor fuerte de fermentación,

reducción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), reducción del contenido

de nitratos, reducción del pH y de temperatura, mayor reducción de grasas y

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aceites. Por otro lado, el Control presentó olor fuerte a putrefacción, aumento de

pH y DBO, aumento de coliformes totales, ausencia de reducción de nitratos, entre

otros. Estos resultados reflejan la eficacia del EM en la estabilización de biosólidos

crudos para su uso agrícola como abono, pero se recomienda continuar

investigando las dosis necesarias de EM y el efecto de los biosólidos en suelos

agrícolas.

Palabras clave: Lodos sépticos, Microorganismos Eficaces (EM), estabilización,

tratamiento biológico, coliformes fecales, agricultura.

Fioravanti, M; Vega, N. 2003. Eficiencia de Microorganismos Eficaces (EM) en la

estabilización de lodos sépticos para su reuso agrícola. Proyecto de Graduación. Guácimo, Costa Rica, EARTH. 58 p.

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ABSTRACT

In Costa Rica, the septic tank is the most common system used for the

management of domestic wastewater. In this type of system, large quantities of

water are used to transport the wastes to the tanks, where a primary sedimentation

process, and consequent accumulation of water mixed with solids, occur. This

mixture is called septage and contains water, bio-solids, pathogenic

microorganisms, and heavy metals. In Costa Rica, treatment is provided to only

4% of septage produced before it is discharged into rivers or other bodies of water.

Due to this unsanitary practice, and the legal problems that disposal companies

face, EARTH University is looking for an effective, easy, and feasible treatment

that allow the safe reuse or disposal of this material.

The present project is an initial investigation into an adequate treatment for

septage that would allow for its subsequent use on agricultural lands. The goal of

the treatment is to stabilize the biological and physical characteristics of the

septage, thus transforming it into a usable material. This stabilization ensures the

elimination of pathogenic agents and decomposition products that emanate

offensive odors. To accomplish this goal, the product Effective Microorganisms

(EM) was used. This product is a mixture of beneficial microorganisms that create

a negative environment for the pathogenic and odor producing agents. In the

investigation, duplicate samples of septage (1 m3) were incubated anaerobically for

one month. There were two treatments, 0 and 10% (v/v) EM. Sub-samples of the

septage were collected at zero, two and four weeks of incubation and were

analyzed for biological, chemical, and physical characteristics.

A difference between the two treatments was observed after two weeks of

incubation. When 10% EM was applied, there was a significant reduction in fecal

and total coliforms as compared to the 0% EM treatment, and the odor emanating

from the septage treated with 10% EM changed from a very strong putrefied odor

to a strong fermented odor. Other changes with this treatment included reductions

in Biochemical Oxygen Demand (BOD5) and nitrate concentration, as well as lower

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pH (acidification), lower temperature, and reduction in the oil/grease content, as

compared to the 0% EM treatment. These results show the effectiveness of EM in

the stabilization of septage. It is recommended that this line of investigation

continue to determine the exact concentration EM required for the stabilization, and

the effect of application of the digested septage to agricultural lands.

Key words: Septage, Effective Microorganisms (EM), stabilization, treatment,

agriculture, fecal coliforms.

Fioravanti, M; Vega, N. 2003. Eficiencia de Microorganismos Eficaces (EM) en la estabilización de lodos sépticos para su reuso agrícola. Proyecto de Graduación. Universidad EARTH, Guácimo, Costa Rica. 58 p.

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TABLA DE CONTENIDO

Página DEDICATORIA .......................................................................................................III AGRADECIMIENTO .............................................................................................. IV

RESUMEN .............................................................................................................. V

ABSTRACT........................................................................................................... VII 1 INTRODUCCIÓN...............................................................................................1

2 OBJETIVOS ......................................................................................................4

2.1 GENERAL .................................................................................................4 2.2 ESPECÍFICOS ..........................................................................................4

3 REVISIÓN DE LITERATURA............................................................................5

3.1 AGUAS RESIDUALES ..............................................................................5 3.2 LODOS SÉPTICOS Ó BIOSÓLIDOS CRUDOS........................................6

3.2.1 Características físicas .................................................................7 3.2.2 Características químicas .............................................................8 3.2.3 Características biológicas..........................................................10

3.3 TRATAMIENTO DE LOS BIOSÓLIDOS CRUDOS .................................11 3.3.1 Estabilización biológica por digestión anaeróbica .....................13

3.4 MICROORGANISMOS EFICACES (EM) ................................................14 3.4.1 El EM en el tratamiento de los biosólidos crudos ......................15

3.5 REQUERIMIENTOS LEGALES...............................................................20 3.5.1 Reglamento de Reuso y Vertido de Aguas Residuales en

Costa Rica.................................................................................20

4 MATERIALES Y MÉTODOS...........................................................................22

4.1 UBICACIÓN.............................................................................................22 4.2 ESTABLECIMIENTO DEL ESTUDIO ......................................................22 4.3 RECOLECCIÓN DE MUESTRAS............................................................24 4.4 ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS..............................................................25

5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN........................................................................27

5.1 OLOR Y COLOR .....................................................................................27 5.2 PH, TEMPERATURA Y COLIFORMES...................................................29 5.3 NITRATOS, DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO Y FOSFATOS.....30 5.4 OTRAS VARIABLES ...............................................................................33 5.5 VALIDEZ RELATIVA DE LOS RESULTADOS ........................................36

6 CONCLUSIONES............................................................................................38

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7 RECOMENDACIONES ...................................................................................40

8 LITERATURA CITADA ...................................................................................41

9 ANEXOS .........................................................................................................44

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LISTA DE CUADROS

Cuadro ...........................................................................................................Página

Cuadro 1. Parámetros cuantificables de los biosólidos. ...........................................6

Cuadro 2. Porcentaje de sólidos totales en los biosólidos crudos............................8

Cuadro 3. Contenido de metales pesados en biosólidos y límite permitido............10

Cuadro 4. Diferentes tratamientos utilizados para los biosólidos. ..........................13

Cuadro 5. Microorganismos que ayudan a remover metales del agua. .................19

Cuadro 6. Límites permisibles para el reuso de aguas residuales. ........................21

Cuadro 7. Frecuencia de muestreo y parámetros analizados. ...............................24

Cuadro 8. Olor percibido en los respectivos tratamientos. .....................................27

Cuadro 9. Color observado en los respectivos tratamientos. .................................28

Cuadro 10. Contenido de Coliformes totales y fecales...........................................30

Cuadro 11. Contenido de grasas y aceites en los tratamientos. ............................35

Cuadro 12. Contenido de metales pesados en los tratamientos. ...........................36

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LISTA DE FIGURAS

Figura Página

Figura 1. Estructura básica de un tanque séptico. ..................................................5

Figura 2. Proceso natural de oxidación desde la perspectiva de los flujos de energía. ..................................................................................................15

Figura 3. Proceso del EM desde la perspectiva de los flujos de energía. .............16

Figura 4. Mecanismo en el tratamiento de aguas residuales con EM. ..................17

Figura 5. Foto de uno de los tanques utilizados en los tratamientos.....................23

Figura 6. Comparación de las muestras recolectadas. .........................................28

Figura 7. Temperatura y pH de los respectivos tratamientos. ...............................29

Figura 8. Contenido de nitratos y Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5 ).......31

Figura 9. Contenido de fosfatos. ...........................................................................33

Figura 10. Contenido de sólidos sedimentables y sólidos totales en los tratamientos. ..........................................................................................34

Figura 11. Contenido de elementos nutricionales en los tratamientos. .................36

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LISTA DE ANEXOS

Anexo Página

Anexo 1. Datos crudos de los resultados obtenidos...............................................45

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1 INTRODUCCIÓN

Uno de los grandes problemas socio-ambientales que hoy enfrenta la

humanidad es la disposición final de sus desechos más esenciales: las excretas.

Cuando se construyeron nuestras ciudades y la tecnología nos fue ofreciendo

grandes edificios y comodidades, sin duda se pensó en casi todo para el

desarrollo humano. Sin embargo, en muy pocas situaciones se previó que los

desechos serían proporcionales.

Desde la perspectiva de un individuo las excretas significan tan sólo 1,4

litros diarios (0,15 litros fecales y 1,25 litros de orina) (Del Porto y Steinfeld, 1997).

Sin embargo, la situación es diferente desde una óptica colectiva, considerando

que mundialmente se generan alrededor de 8,4 mil millones de toneladas diarias.

Además, por el ineficiente sistema de inodoros hidráulicos, la gran mayoría de las

excretas se diluyen en 8 litros de agua cada vez que se tira la cadena, por lo tanto

se multiplica su volumen.

Por graves errores organizacionales y funcionales, nuestros desechos

biológicos o se van directamente a cuerpos de agua o se van acumulando en

grandes tanques sépticos para luego ser liberados en descargas de cientos de

toneladas, ya sea en ríos, pantanos o tierras baldías, sin tratar adecuadamente. Y,

por tener un alto contenido de microorganismos patógenos, minerales y excesivas

cantidades de biomasa orgánica, ya que no han pasado por ningún proceso de

estabilización y digestión adecuado, significan un impacto fatal al medio ambiente.

El ecosistema sufre desequilibrios muy pesados y colapsa no pudiendo digerir una

carga tan grande. Este desequilibrio causa eutrofización y, en consecuencia, se

crean fuentes potenciales para el desarrollo de enfermedades animales y

humanas.

El tratamiento de este volumen de desechos y su disposición final todavía

son aspectos problemáticos en muchos países. En Costa Rica, sólo un 4% de los

lodos sépticos recibe tratamiento, mientras que el resto se deposita directamente a

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fuentes de agua o suelo. Por ello, y considerando el derecho a la salud y un

ambiente ecológicamente equilibrado de todo costarricense, la Sala Constitucional

emitió una orden al Ministerio de Salud y a la Municipalidad de San José en la que

exigió dar tratamiento a los lodos sépticos antes de descargarlos en cualquier

ecosistema (Villegas, 2002).

Siendo EARTH una Universidad líder en el desarrollo sostenible, resulta

importante investigar metodologías ambientalmente amigables para el manejo de

sus lodos sépticos. Más que por la posibilidad de que la orden emitida se extienda

a la municipalidad local, por la urgente y real necesidad de tomar conciencia y

actuar de manera inteligente, el Comité de Investigación de la Universidad inició

un proyecto para identificar un proceso eficiente de estabilización de los lodos

sépticos.

Ante la problemática de cómo disponer de nuestros desechos biológicos el

Comité le apuesta a una respuesta ecológica. Si se analiza más detalladamente el

contenido sólido de los lodos, surge una obvia solución para su manejo. Los 511

litros de excretas que genera al año cada persona contienen alrededor de 8,5 kg

de nitrógeno, 1 kg de fósforo y casi 2,2 kg de potasio. Estos nutrientes provienen

de los alimentos y productos que crecieron en el suelo, y es ahí a donde deben de

regresar. Deben de ser aprovechados en la agricultura, pues es mediante esta

misma actividad que se extraen; cumpliendo así lo que se conoce como el

“reciclaje de nutrientes” (Del Porto y Steinfeld, 1997).

A partir de 1997, la Universidad EARTH inició la investigación sobre el uso

de la tecnología de EM (Microorganismos Eficaces). Desde 1998 se está

produciendo abono orgánico fermentado “Bokashi” con las heces y las orinas de

ganado en la finca pecuaria integrada. Este abono está elaborado con la

aplicación de EM; resolviendo así problemas de malos olores y moscas al acelerar

los procesos de descomposición fermentativa.

La tecnología EM puede ser útil para el manejo de lodos sépticos, ya que

los microorganismos que ésta contiene facilitan la fermentación de materiales

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orgánicos en forma líquida y sólida. Además, el EM tiene efectos antagonistas

ante patógenos como Salmonella typhimurium, Salmoneralla gallinarum, y

Salmonella enteritidis (Kabongo, 2002). Estos patógenos amenazan la salud y

generalmente están presentes en los lodos sépticos.

La investigación que a continuación se presenta, busca contribuir con una

alternativa eficiente para el proceso de biodegradación y estabilización de las

aguas residuales. Así, consecuentemente, posibilitar el aprovechamiento

saludable de los lodos sépticos en tierras agropecuarias, sin comprometer la salud

humana ni del medio ambiente. Para esto se determinará la eficiencia de los

“Microorganismos Eficaces” (EM) en la estabilización de los lodos sépticos,

identificando el tiempo necesario para garantizar la efectividad del proceso.

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2 OBJETIVOS

2.1 GENERAL Identificar la eficiencia de EM (Microorganismos Eficaces) para la

estabilización de los lodos sépticos.

2.2 ESPECÍFICOS Determinar el tiempo necesario para que los lodos sépticos alcancen

condiciones aceptables de sanidad para su aplicación en el campo.

Cuantificar las principales características físicas, químicas y biológicas de

los lodos sépticos para garantizar su seguridad en el uso agrícola.

Identificar diferencias entre el tratamiento con EM y el Control.

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3 REVISIÓN DE LITERATURA

3.1 AGUAS RESIDUALES El Ministerio de Salud de Costa Rica (1997) define las aguas residuales

como aquellas que han recibido un uso y cuya calidad ha sido modificada por la

incorporación de agentes contaminantes. Generalmente se componen de 99,9 %

agua, 0,07 % materia orgánica (proteínas, carbohidratos y grasas) y 0,03 %

materia inorgánica (metales, sales y grava) (Spellman, 1997).

Estas aguas se dividen en residuales de tipo ordinario y de tipo especial.

Las de tipo ordinario son aquellas provenientes del uso doméstico (uso de

inodoros, duchas, lavaderos, lavado de ropa, fregaderos) y según Pérez y

Espigares (1999) contienen heces, orina, microorganismos y restos de productos

de limpieza. Mientras que las aguas de tipo especial son las que provienen de

otros usos (industriales). En Costa Rica, generalmente las aguas residuales

ordinarias se dirigen hacia tanques sépticos (Figura 1), donde empieza la

decantación de sólidos y la formación de los lodos sépticos.

Fuente: Wastewater and Plumping Control Program, 2003.

Figura 1. Estructura básica de un tanque séptico.

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3.2 LODOS SÉPTICOS Ó BIOSÓLIDOS CRUDOS Spellman (1997) define como biosólidos crudos al producto obtenido de la

primera decantación de las aguas residuales en los tanques sépticos, este

producto está formado por agua y sólidos sedimentables. Evanylo (1999)

menciona que la industria del manejo de desechos introdujo en los años 90’s el

término biosólidos como sustituto de los lodos crudos o lodos sépticos, ya que

este nuevo término tiene una connotación más positiva en la percepción de las

personas.

Los biosólidos son un material mucho más concentrado que las aguas

residuales. Según Gamrasni (1985), tienen un alto contenido de agua, partículas

sólidas decantables que contienen minerales inertes y materia orgánica

fermentable. También, al ser crudos, tienen la característica de ser

“biológicamente inestables”, por la alta cantidad de patógenos que contienen.

Es clave conocer las características de los biosólidos para determinar su

tratamiento y potencial uso. En el Cuadro 1 pueden observarse algunos los

parámetros cuantificables de los biosólidos.

Cuadro 1. Parámetros cuantificables de los biosólidos.

Físicas Químicas Biológicas

Temperatura Potencial hidrógeno pH Hongos

Olor Materia orgánica Bacterias

Color Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5)

Virus

Turbidez Demanda Química de Oxígeno (DQO) Protozoarios

Sólidos totales Grasas y Aceites Gusanos

Sólidos sedimentables Metales pesados Algas

Sólidos suspendidos Nutrientes

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3.2.1 Características físicas Temperatura: no se puede definir una temperatura general para los

biosólidos, ya que ésta varía con el clima. El dato de temperatura ayuda a definir

el tipo de microorganismos presentes según su rango de tolerancia térmica.

Spellman (1997) menciona que la temperatura también influye en la viscosidad de

los lodos.

Olor: el olor es desagradable puesto que este material contiene productos

fácilmente putrescibles y existe un inicio de descomposición (Gamrasni, 1985).

Bettiol y Camargo (2000) indican que durante el proceso de biodegradación se

produce gas sulfhídrico, amonio, aminas y diaminas; estos compuestos son los

principales responsables de los olores desagradables. Todavía no hay equipos

confiables que puedan clasificar el tipo y nivel de olores, por lo tanto la apreciación

de esta característica debe hacerse mediante el sentido del olfato del investigador.

Color: según Gamrasni (1985) y Pérez y Espigares (1999) el color varía

entre gris y pardo, pero puede pasar a negro debido a procesos anaeróbicos

descontrolados.

Turbidez: indica la cantidad de materias en suspensión que contienen los

cuerpo líquidos y afectan la penetración de luz en el medio acuático (Pérez y

Espigares, 1999). El nivel de turbidez puede medirse mediante turbidímetros

(ppm) o simplemente se puede apreciar a través del sentido de la vista. La

turbidez de los biosólidos crudos es pronunciada o muy alta (Grupo Hidro-

ecológico Nacional, 1999)

Sólidos suspendidos y sedimentables: los sólidos suspendidos son las

partículas con un tamaño superior a 1 µm de diámetro y la cantidad presente en

los lodos sépticos es de aproximadamente 120 mg/l (Ugarte et al., 2001). Los

sólidos sedimentables son la fracción de los sólidos suspendidos que se decantan

en el fondo de un cilindro de altura específica durante una hora (Pérez y

Espigares, 1999). El contenido de sólidos sedimentables de los biosólidos crudos

es de 0,2 mg/L a los 10 minutos y 2,2 mg/L a las 2 horas (Ugarte et al., 2001).

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Sólidos Totales: son la porción de materia sólida que contienen los

biosólidos. En el Cuadro 2 puede verse el porcentaje de sólidos totales que

poseen los biosólidos varía entre 0,1% y 8%.

Cuadro 2. Porcentaje de sólidos totales en los biosólidos crudos.

% de sólidos totales Fuente

0,1 Spellman, 1997

3 – 8 Gamrasni, 1985

0,6 – 7,1 King, 1986

3.2.2 Características químicas Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): representa la cantidad de

oxígeno que necesitan los microorganismos para degradar la materia orgánica

presente en el agua. Este parámetro es de mucha importancia ya que se relaciona

indirectamente con la cantidad de materia orgánica biodegradable presente en los

biosólidos (Pérez y Espigares, 1999). La DBO de los biosólidos crudos es muy

alta, varía entre 600 y 35.000 mg/L (Montangero y Strauss, 2000).

Demanda Química de Oxígeno (DQO): es la cantidad de oxígeno que se

requiere para oxidar la materia orgánica mediante un oxidante químico. Debido a

que los oxidantes químicos son más rápidos y fuertes que la oxidación biológica,

este parámetro siempre va a ser mayor que la DBO (Pérez y Espigares, 1999). En

el caso de los biosólidos, la DQO varía entre 1.700 y 45.000 mg/L (Ugarte et al.,

2001)

Potencial Hidrógeno (pH): es una característica determinante de los

biosólidos crudos, debido a que afecta la actividad biológica de las aguas (la

sobrevivencia de microorganismos patógenos), la solubilidad de sustancias, el

grado de corrosividad del material y el grado de toxicidad de algunas sustancias y

metales pesados (CWMI, 2003). Pérez y Espigares (1999) afirman que los

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biosólidos crudos suelen tener un pH próximo al neutro; aunque de acuerdo a

CWMI (2003) el pH puede variar entre 4 y 12, dependiendo del origen del material.

Materia orgánica: Jenkins (1999) afirma que ésta constituye un 70% de los

sólidos totales presentes en los biosólidos. Los principales compuestos que se

pueden encontrar en ella son proteínas (40-60%), carbohidratos (25-50%) y

grasas y aceites (10%).

Nitrógeno: la urea, el amoníaco y las proteínas constituyen las principales

fuentes de nitrógeno en los biosólidos crudos. La urea y las proteínas son

fácilmente degradables por las bacterias que las transforman en amonio y a partir

de éste producen nitritos y nitratos (Pérez y Espigares,1999). El contenido de

nitrógeno total de este material en peso seco va de 5-7% (Jenkins, 1999) y de 2-7

% (King, 1986).

Fósforo: este nutriente compone entre un 0,2 – 4 % del material seco.

Jenkins (1999) y King (1986) afirman que está presente principalmente en forma

inorgánica en este tipo de material.

Potasio: El porcentaje de este nutriente en los biosólidos es bajo, varía de

O,2 a 2,5 % (Gamrasni, 1985; King,1986; Chicón, 2000). Su baja presencia se

debe a la solubilidad de este elemento, por lo que se mueve con las aguas

residuales, quedando muy poco en los lodos.

Metales pesados: son elementos traza que a determinados niveles pueden

ser de carácter tóxico para el suelo y para los seres humanos. Generalmente

están presentes en los biosólidos debido al uso doméstico de ciertas sustancias

de limpieza, vertidos clandestinos industriales, talleres y pequeñas industrias

urbanas (Chicón, 2000). Entre los metales pesados que pueden causar problemas

de toxicidad en la agricultura King (1986) menciona el cobre, níquel y zinc;

mientras que cualquier exceso de metal pesado puede causar problemas de salud

a los humanos (Cuadro 3).

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Cuadro 3. Contenido de metales pesados en biosólidos y límite permitido.

EEUU – King (1986)

España - Chicón (2000)

Límite máximo permitido en biosólidos *

Metal ------------------------- mg/kg ------------------------ ---- mg/L ----

Cadmio 11 3,28 20 0,01

Cobre 475 250 1.000 0,2

Plomo 335 366 750 5

Níquel 37 125 300 0,2

Zinc 1.750 865 2.500 2

Cr 380 - - 0,1

*Fuente: Mujeriego, 1990.

3.2.3 Características biológicas En los biosólidos crudos se pueden encontrar un sinnúmero de

microorganismos, muchos de ellos patógenos. Como explica Jenkins (1999) no

son los desechos humanos como tales los que permiten la proliferación de esta

gran cantidad de microorganismos patógenos; el problema real radica en la

disposición y acumulación de estos. Los microorganismos simplemente

aprovechan esta gran acumulación de materia orgánica para multiplicarse.

Bacterias: las bacterias son las que se encuentran en mayor número y

tienen mucha importancia, sobre todo por su relación con las enfermedades

(Jenkins, 1999). El grupo de bacterias coliformes es el indicador más utilizado para

determinar contaminación biológica en las aguas y lodos, debido a que este grupo

es el más persistente en el ambiente. Por lo tanto, Spellman (2002) afirma que si

hay alta cantidad de coliformes, es muy probable que existan otros patógenos

como los del género Salmonella; por lo tanto, de su ausencia o reducida presencia

se puede inferir que la calidad biológica del lodo o agua es buena. Otras razones

por las que los coliformes son el indicador predilecto es que no representan

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peligros de salud para el analista, son fáciles de aislar y los resultados se obtienen

rápidamente (Spellman, 2002).

Protozoos: Dentro de estos se incluye al responsable de la de la Disentería

Amébica, Entamoeba histolytica, y miembros del grupo Hartmanella-Naegleria,

causante de Encefalitis. También se deben de considerar Balantidium coli y

Giardia lamblia que son causantes de diarrea comúnmente. Los protozoarios

encuentran en las aguas residuales un excelente medio para su desarrollo por el

gran contenido de humedad (Jenkins, 1999).

Virus: Existen más de 140 diferentes tipos de virus que podrían pasar a

través de las heces humanas. Algunos de estos son poliovirus, coxsackievirus

(causante de meningitis y miocarditis), echovirus (meningitis y enteritis), reovirus

(enteritis), adenovirus (enfermedades respiratorias), rotavirus (diarrea), infecciones

hepáticas (ictericia) y otros (Jenkins, 1999).

Gusanos: Un gran número de gusanos parasíticos transmiten sus huevos a

las heces humanas, generalmente del género Ascaris. Billones de huevos llegan a

las aguas negras constantemente y en estudios se ha probado que algunos

huevos pueden sobrevivir a procesos de digestión anaeróbica de hasta un año

(Jenkins, 1999).

3.3 TRATAMIENTO DE LOS BIOSÓLIDOS CRUDOS Debido a las características físicas, químicas y biológicas de los biosólidos

crudos, éstos pueden causar alteraciones significativas en el medio ambiente si

son liberados a este sin un previo tratamiento. Generalmente los biosólidos

crudos, en ausencia de tanques y plantas de tratamiento, caen directamente en

cuerpos de agua. Los lodos en contacto con el agua causan varios problemas, uno

de ellos es la eutrofización causada por el alto contenido de materia orgánica y

nutrientes en los lodos. La eutrofización, definida por Pérez y Espigares (1999),

consiste en “un enriquecimiento excesivo de las aguas con sustancias nutritivas

que conducen a modificaciones sintomáticas del ecosistema”. Los efectos de esta

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condición en el agua, mencionados por los mismos autores, son: disminución del

oxígeno disuelto (reducción de la vida acuática), aumento de turbidez, aumento

del grado de sedimentación, alteración de las características organolépticas (olor,

color). Estas alteraciones traen como consecuencias la disminución de la actividad

pesquera, perjuicios para la salud, debido a la concentración de nitratos y

compuestos orgánicos, entorpecimiento de los tratamientos de aguas para

consumo, modificación de la estética del paisaje (disminución de turismo).

Otro problema es que los biosólidos crudos o lodos sépticos no contienen

solamente sustancias nutritivas, también tienen metales pesados y patógenos que

pueden inhibir cualquier uso productivo del agua. Así como se inhibe el uso del

agua, puede suceder lo mismo con el uso del suelo, en el caso de que los lodos

crudos sean depositados sobre él. En 1995, la Environmental Protection Agency

(EPA) declaró que en Estados Unidos, cuatro de cada diez cuerpos de agua

estaban tan contaminados que sus aguas no se podía utilizar para ninguna

actividad (pesca, natación o cualquier actividad acuática). Los contaminantes más

comunes encontrados fueron bacterias patógenas, nitrógeno excesivo, metales

pesados, grasas y aceites; todos componentes comunes de los lodos sépticos

(Jenkins, 1999).

El tratamiento de los biosólidos crudos, según Pérez y Espigares (1999)

busca en general la eliminación de sólidos, reducción de la DBO5, la disminución

del número de microorganismos patógenos y la reducción de componentes

inorgánicos como el fósforo, nitrógeno, cloruros, etc. Pero estos objetivos van a

variar según su destino final. Existen distintos procesos para tratar los lodos

crudos, en el Cuadro 4 puede observarse las etapas y/o diferentes tratamientos

que pueden recibir las aguas negras para convertirse en material utilizable para

determinado propósito o para poder descartarse seguramente en cuerpos de

agua.

Para alcanzar el objetivo de este proyecto, que es estabilizar los lodos

sépticos para utilizarlos posteriormente en la agricultura, se utilizó el tratamiento

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de digestión anaeróbica. Durante la digestión anaeróbica, se utilizaron también

mecanismos biológicos (Microorganismos Eficaces) para acelerar la estabilización.

Cuadro 4. Diferentes tratamientos utilizados para los biosólidos.

Tratamiento Definición Efecto en los lodos

Sedimentación

Separación suave de agua y sólidos mediante

gravedad, flotación o centrifugación.

Concentra los sólidos mediante la remoción de

agua.

Digestión (aeróbica y/o anaeróbica)

Estabilización biológica a través de la conversión de materia orgánica a CO2,

agua y metano.

Reduce contenido biodegradable

(estabilización por conversión a materiales solubles y gas). Reduce

niveles de patógenos y mal olor.

Estabilización alcalina Estabilización mediante la

adición de materiales alcalinos (cal)

Aumenta el pH. Disminuye actividad biológica. Reduce

nivel de patógenos, controla la podredumbre y

el olor.

Acondicionamiento

Proceso que causa la coagulación de los sólidos

para ayudar en el desaguado.

Facilita/mejora desaguado de biosólidos. Incrementa cantidad de sólidos secos.

Desaguado

Separación fuerte del agua y los sólidos (filtros,

centrifugación, presión, etc).

Incrementa la concentración de sólidos.

Disminuye la concentración de N. Facilita el manejo.

Compostado Estabilización biológica

aeróbica, termofílica en un montículo

Disminuye actividad biológica, destruye

patógenos y transforma a un material similar al

humus.

Calentamiento El calor termina de matar patógenos y elimina de humedad que queda.

Desinfecta los lodos, destruye patógenos, reduce

olores y la actividad biológica.

Fuente: Adaptado de EPA (1984) citado por Evanylo (1999).

3.3.1 Estabilización biológica por digestión anaeróbica El objetivo específico de la estabilización de los biosólidos crudos es reducir

su contenido de microorganismos patogénicos e inhibir, o eliminar su potencial de

putrefacción, y consecuentemente su potencial de producción de olores. Bettiol y

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Camargo (2000) definen el proceso de estabilización biológica como la

transformación de la parte más putrefacta de las aguas mediante la solubilización

y reducción de sustancias orgánicas complejas por la acción de microorganismos

en ausencia de oxígeno. Durante este proceso de digestión, las proteínas, lípidos,

carbohidratos y otras moléculas complejas son solubilizadas por hidrólisis,

enseguida estos productos son convertidos en ácidos orgánicos de cadenas

cortas como ácido láctico, acético y propíonico. Esta fase es conocida como

acidogénica. Después de ésta, los ácidos son convertidos en dióxido de carbono,

metano y otros gases. Una vez que los lodos han pasado por esta estabilización

sus características varían porque hay una elevación de los sólidos fijos, hay

pérdidas de nitrógeno y una reducción de los coliformes fecales.

3.4 MICROORGANISMOS EFICACES (EM) El EM es un producto biológico descubierto en 1980 por el Doctor Teruo

Higa, profesor de la Universidad de Ryukyus, en Okinawa, Japón. Aunque en el

presente es aún poco conocido dentro de la cultura latinoamericana, el EM ha sido

investigado, desarrollado y utilizado en una gran cantidad de sistemas en más de

100 países alrededor del mundo (Eco Pure, 2003)

Gran parte del éxito del EM consiste en la filosofía por la que es impulsado.

Esta, según Higa (2002) está basada en la armonía y el equilibrio entre las

criaturas; siendo así el producto una coexistencia y cooperación ideal entre los

microorganismos que lo componen. Por la importancia de la actividad microbial en

la mayoría de procesos naturales y artificiales, EM Research Organization (EMRO)

ha ido creando una gran variedad de productos para la agricultura

(descomposición de materia orgánica, manejo de plagas), para el manejo de

desechos y de contaminantes (reciclaje, descontaminación aguas), para la

industria (motores) y hasta para la salud humana (antioxidantes, cosméticos).

Para el tratamiento de los lodos sépticos, en esta investigación se utilizó

EM1. Este es un cultivo mixto de microorganismos benéficos naturales, compuesto

principalmente por bacterias procesadoras del ácido láctico, levaduras y bacterias

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fotosintéticas. Así, los microorganismos coexisten en un medio líquido y cuando

son introducidos en un ambiente natural, los efectos de sus beneficios individuales

son incrementados dentro de una dinámica sinergética o de competencia con

microorganismos patógenos según se requiera (Higa, 2002).

3.4.1 El EM en el tratamiento de los biosólidos crudos Cuando se aplica EM en un ambiente determinado y sus microorganismos

fermentadores colonizan, se detiene el proceso de putrefacción, reemplazado por

una intensa fermentación. Al detenerse la putrefacción, se suprime la generación

de olores y muchos otros procesos ligados a la oxidación de materia orgánica

(Higa y Chinen, 1998) (Figuras 2 y 3).

Fuente: Adaptado de Higa y Chinen (1998).

Figura 2. Proceso natural de oxidación desde la perspectiva de los flujos de energía.

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Fuente: Adaptado de Higa y Chinen (1998).

Figura 3. Proceso del EM desde la perspectiva de los flujos de energía.

Además, algunos microorganismos de EM, como bacterias ácido lácticas,

generan ácidos orgánicos como resultado de su metabolismo. Las sustancias

generadoras de olores son ligeramente alcalinas, por lo que son neutralizadas por

un medio ácido (Higa y Chinen, 1998).

El ciclo establecido por EM en el tratamiento de aguas residuales, a

diferencia de un proceso de putrefacción, se concreta mediante la interacción de

los diferentes tipos de microorganismos contenidos. Las bacterias fotosintéticas

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aprovechan en su metabolismo los ácidos orgánicos, liberando ácido sulfúrico que

es aprovechado a su vez por bacterias reductoras de sulfatos. Estas últimas

liberan sacáridos que junto al resto de materia orgánica (ácidos grasos, glicerina y

amino ácidos), son degradados en el proceso de fermentación e hidrólisis inicial,

llevado a cabo por los microorganismos productores de ácidos orgánicos citados

anteriormente (Higa y Chinen, 1998). El efecto de EM en las aguas residuales que

explican Higa y Chinen (1998) en la Figura 4, cubre de manera completa los

objetivos que plantea un proceso de estabilización de biosólidos crudos.

CO2

Hidrólisis

Sacáridos Aminoácidos

Ácidos orgánicos

NH3

Ácido sulfúricoNitrificación

NO2-

SacáridosSe recicla Desnitrificación

CO2 NO3-Fitoplancton

DesnitrificaciónZooplancton

BOD (materia orgánica)

Fermentación produciendo ácidos

Bacterias fotosintéticas

(rhodospirillaceae)

Ácidos grasos y Glicerina

Bacterias reductoras de

sulfato

Bacterias fotosintéticas

Microorganismos produciendo ácidos

orgánicos

Asimilación y descomposición de la materia orgánica por levaduras,

actinomicetes y hongos filamentosos

Fuente: Adaptado de Higa y Chinen (1998).

Figura 4. Mecanismo en el tratamiento de aguas residuales con EM.

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En la Figura 4, las bacterias fotosintéticas se colocan como la clave para la

efectividad del tratamiento. Estas bacterias son anaeróbicas y para activarse

requieren de luz o alimento (ácidos orgánicos). En el EM estas bacterias

mantienen una relación sinérgica con las bacterias que son productoras de ácidos

orgánicos (levaduras y productoras de ácido láctico), a partir de sacáridos,

aminoácidos y grasas. Por lo tanto, estas dos clases de microorganismos

producen el alimento de las bacterias fotosintéticas, explicando así porque el EM

también funciona en medios donde no hay luz (Higa y Chinen, 1998).

Higa y Chinen (1998) explican que los antioxidantes secretados por ciertos

microorganismos, y el ambiente antioxidante que resulta, promueven la separación

de las fases líquida y sólida. La base de un proceso de depuración de aguas.

Como lo hacen en la producción de abonos orgánicos y en general en el manejo

de desechos orgánicos, los Microorganismos Eficaces tienen una acción

fundamental en la reducción y/o eliminación de sólidos contenidos en las aguas

negras.

Bellamy y Horsley (2002) reportan en sus resultados reducciones de hasta

un 83% en la acumulación de lodos en uno de los tanques de sedimentación de

una planta de tratamiento de aguas al incorporar la aplicación de EM.

Consecuentemente, reportan una disminución del DBO y un aumento del Oxígeno

Disuelto (OD) en los siguientes tanques del sistema depurador. Wididana (1994)

expone en sus resultados reducciones de hasta 80% del DQO en tan sólo 11 días.

En cuanto a las características biológicas de las aguas negras, los

Microorganismos Eficaces tienen un efecto indiscutible precisamente por su

calidad de “eficaces”. Su habilidad de acción y reproducción impide y/o limita el

desarrollo de otros microorganismos (algunos patógenos) por competencia.

Además, las condiciones antioxidantes antes explicadas, suprimen el desarrollo de

microorganismos patogénicos (Higa y Chinen, 1998).

Existen estudios donde se ha comprobado la inhibición de patógenos

importantes para la salud animal y humana mediante el tratamiento con EM. El

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crecimiento de las bacterias Clostridium botulinum, Salmonella typhimurium,

Salmonella gallinarum y Salmonella enteritidis fue inhibido por la acción del EM a

los 10 días de tratamiento en un estudio en Sudáfrica en el Instituto Veterinario

Onderstepoort (Kabongo, 2002).

Además, los metales y en general químicos de la industria, podrían ser

afectados significativamente por el EM. Jenkins (1999), quien trabajó e investigó

sobre el compostaje de excretas humanas, afirma que los microorganismos tienen

la capacidad de degradar importantes tóxicos químicos a moléculas orgánicas,

benignas, más simples. Sustancias como la gasolina, aceite, diesel, grasa, PCB´s

(PolyChlorinated Biphenyls), remanentes de la gasificación de carbón, desechos

de refinería, insecticidas, herbicidas, TNT (TriNitroTolueno), entre otras, han

resultado parcial o totalmente descompuestas y/o transformadas en diferentes

experiencias descritas por Jenkins (1999). Muchos de los microorganismos

naturales presentes en el compost, son precisamente de los que contiene el EM.

Cuadro 5. Microorganismos que ayudan a remover metales del agua.

Microorganismos Metales

Zooglea ramigera Cobre

Saccharomyces cerevisieae Uranio

Trichoderma viride Cobre

Penicillium spinulosum Cobre, Cadmio, Zinc

Aspergillus Níger Cobre, Cadmio, Zinc

Chlorella vulgaris Oro, Zinc, Cobre, Mercurio

Rhizopus arrhizus Uranio

Fuente: Bitton (1994) citado por Jenkins (1999).

El tratamiento microbial de un compostaje amarra algunos metales como el

plomo y previene que sean absorbidos por plantas y animales; de esta manera se

impide la entrada de metales pesados en la cadena alimenticia. En el Cuadro 5 se

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muestran algunos microorganismos que ayudan a remover metales del agua,

algunos de los cuales están contenidos en el EM como Saccharomyces, cuyos

metales afines se encuentran generalmente en aguas residuales (Jenkins, 1999).

3.5 REQUERIMIENTOS LEGALES Ante los peligros de las descargas de biosólidos crudos se han establecido

una serie de normas para regular su vertido. Estas normas varían según el uso

que se le va a dar a los lodos, particularmente para su aprovechamiento agrícola

existen ciertos parámetros que se citan en los siguientes párrafos.

3.5.1 Reglamento de Reuso y Vertido de Aguas Residuales en Costa Rica Este reglamento, decretado por el Presidente de la República y por los

Ministros de salud, energía y ambiente, rige desde junio de 1997. Tiene como

principales consideraciones la protección del recurso hídrico para salvaguardar la

salud del ser humano y del medio ambiente.

El Reglamento manifiesta en el Artículo 1 sus objetivos: “…la protección de

la salud pública y del ambiente, a través de una gestión ambientalmente adecuada

de las aguas residuales. Éste será aplicable en todo el territorio nacional para el

manejo de las aguas residuales, que independientemente de su origen sean

vertidas o reusadas”.

El Capítulo II establece los parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos que

deberán ser analizados en las aguas residuales que se viertan en un cuerpo

receptor o alcantarillado sanitario. Así, el Artículo 14 contenido en este Capítulo

hace referencia a los parámetros que deberán analizarse en aguas residuales de

tipo ordinario: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20), potencial hidrógeno

(pH), grasas y aceites (GyA), sólidos sedimentables (SSed), sólidos suspendidos

totales (SST) y coliformes fecales (CF). Los coliformes fecales sólo serán de

análisis obligatorio si las aguas residuales fueren vertidas en cuerpos de agua

utilizados para actividades recreativas de contacto primario.

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El Capítulo VI se refiere a la reutilización de las aguas residuales. El mismo

en el Artículo 32 manifiesta: “se permitirá el reuso de las aguas residuales cuando

se demuestre a satisfacción de la División de Saneamiento Ambiental del

Ministerio de Salud y del Ministerio de Ambiente y Energía, que éste no deteriorará

la calidad de las aguas superficiales y subterráneas.”

Finalmente, en el Artículo 36 menciona que toda agua residual, para su

reuso, deberá cumplir con las características fisicoquímicas y bacteriológicas

establecidas en la Tabla 9 del Apéndice del mismo Reglamento (Cuadro 6).

Cuadro 6. Límites permisibles para el reuso de aguas residuales.

Tipo de Reuso Parámetros

DBO5,20 (mg/l) Coliformes fecales

Urbano ≤ 40 < 100

Riego con acceso restringido

--- < 1000

Reuso agrícola en cultivos de alimentos que no se

procesan comercialmente

--- <100

Reuso agrícola en cultivos de alimentos que se

procesan comercialmente

--- < 1000

Reuso agrícola en cultivos no alimenticios

--- < 1000

Reuso recreativo ≤ 40 ≤ 1000

Reuso paisajístico ≤ 40 ---

Reuso en construcción --- ≤ 100

Fuente: Adaptado de la Tabla 9 del Apéndice del Reglamento de Reuso y Vertido de Aguas

Residuales del Ministerio de Salud de Costa Rica (1997).

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4 MATERIALES Y MÉTODOS

4.1 UBICACIÓN El proyecto se instaló en el relleno sanitario de la Universidad EARTH,

situada en la región Atlántica de Costa Rica, específicamente en el cantón de

Guácimo dentro de la provincia de Limón. La zona donde se ubica la Universidad

esta entre los 32 y 107 msnm. Dentro del campus hay una estación meteorológica

a 10°12” 45’ Latitud Norte y 83°35”39’ Longitud Oeste. Esta estación reporta

promedios de los últimos 8 años para temperatura media anual de 24,3°C,

humedad relativa de 90,25% y precipitación de 3.209 mm.

4.2 ESTABLECIMIENTO DEL ESTUDIO Con el objetivo de determinar el efecto de los Microorganismos Eficaces

(EM) en la estabilización de los lodos sépticos se decidió realizar dos tratamientos,

10% (v/v) y 0% de EM, de los cuales se hicieron dos repeticiones. Para realizar el

experimento se utilizaron dos tanques de 1,20 m de diámetro y 1,30 m de altura,

con capacidad de poco más de 1 m3. Entre ellos se dispuso una distancia de 2,5

m y se colocaron al lado del filtro de arena que desemboca en la laguna de

oxidación del relleno sanitario. Estos tanques tienen una tapa en la parte superior,

una válvula de salida para gases y una llave de tubería en la parte inferior del

tanque (Figura 5). La infraestructura del tanque, por lo tanto, proporciona

condiciones anaeróbicas.

Debido al tipo de material con que se trabajó, los autores se vacunaron

contra la Hepatitis B, previo a la instalación del experimento. Los tanques se

llenaron con lodos provenientes del tanque séptico, el cual tiene una capacidad de

100 m3 y recibe las aguas residuales del Comedor, la Cocina, oficinas del

comedor, Bodega y los edificios residenciales Surá y Gavilán. En estos edificios

viven aproximadamente 84 mujeres y 12 hombres. En la Cocina se preparan

alimentos para más de 500 personas en los tres tiempos y trabajan en ese sector

(bodega, oficinas, comedor, cocina) aproximadamente 25 personas. El material

contenido en el tanque recibe descargas diarias, por lo que se dice que son lodos

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crudos. Diariamente a este tanque séptico se le adicionan 2,5 litros de EM

activado. La limpieza o vaciado del tanque séptico se realiza una vez al año.

Figura 5. Foto de uno de los tanques utilizados en los tratamientos.

En ambas repeticiones se utilizaron lodos del mismo tanque séptico, la

caracterización de estos puede encontrarse en la sección de Resultados,

Discusión y Anexos donde se identifican como Semana 0 (cero) o como Muestra

Inicial. Para la extracción de los lodos del tanque séptico, se utilizó una bomba que

succionó aproximadamente 2 m3 del fondo del tanque, para luego trasladarlos al

relleno sanitario donde se depositó, con una manguera, 1 m3 en el tanque del

tratamiento 0% EM y 0,9 m3 en el tanque del tratamiento 10% EM. Durante el

llenado del tanque del tratamiento 10% EM se fueron adicionando los recipientes

que contenían 0,1 m3 de EM activado, para completar el metro cúbico.

Una semana previa al llenado de los tanques se procedió a activar 100

litros de EM. Este proceso de activación consiste en mezclar en agua 5% de EM•1

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y 5% de melaza (miel de caña). Una vez realizada la mezcla, ésta se mantuvo en

cinco recipientes plásticos de 20 litros de capacidad que fueron previamente

lavados con agua caliente. Estos recipientes brindaban condiciones anaeróbicas y

aisladas para garantizar la activación de los microorganismos deseados y evitar

contaminación con otro tipo de organismos.

Una vez terminadas las repeticiones, los lodos se succionaron con una

bomba y se depositaron en una zona enmalezada del banano orgánico que se

encuentra camino al relleno sanitario. Esta zona de banano no se está

cosechando actualmente.

4.3 RECOLECCIÓN DE MUESTRAS Los muestreos realizados en cada repetición se tomaron en la semana 0

(cero) antes de llenar los tanques, y a los 15 y 30 días después de aplicados los

tratamientos. Tanto para la instalación del experimento como para todos los

muestreos se utilizaron guantes, petos y mascarillas para evitar el contacto directo

con los lodos. En el Cuadro 7 puede observarse la frecuencia y los parámetros

analizados de cada muestreo.

Cuadro 7. Frecuencia de muestreo y parámetros analizados.

Parámetros Semana 0 Semana 2 Semana 2

Temperatura, olor, color, coliformes

totales y fecales, DBO5, sólidos

totales y sedimentables, nutrientes,

nitratos, fosfatos.

Sí Sí Sí

Grasas y aceites, metales pesados

(Cr, Pb, Cu, Ni, Zn) Sí No Sí

En ambas repeticiones se tomó una muestra por tratamiento de 2,5 litros

(dos botellas plásticas de 1 litro y una de 500 mL, previamente lavadas con agua

caliente); y en los muestreos de semana 0 y 4 de cada repetición se tomaron 1,5

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litros adicionales, los que se colocaron en una botella de vidrio oscuro (1litro) y en

una botella de plástico (500 mL). Estas últimas botellas fueron trasladadas a San

José por el encargado de muestreos del Centro de Investigación para la

Contaminación Ambiental (CICA), donde se realizaron los análisis de grasas y

aceites y metales pesados. Las otras muestras se trasladaron a temperatura

ambiente al Laboratorio de Suelos y Aguas de la Universidad EARTH, donde

fueron almacenadas a una temperatura de 4°C. Una vez terminada toda la

recolección de muestras se enviaron las diez botellas plásticas de 500 mL en una

hielera a las instalaciones de Laboratorio Biotrol en Tibás donde se hizo el análisis

de coliformes totales y fecales.

4.4 ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS Durante los muestreos, los autores midieron la temperatura de cada

tratamiento con un termómetro y determinaron el olor subjetivamente

clasificándolo por su intensidad (desde suave hasta muy fuerte) y característica

(putrefacción o fermentación). El color también fue determinado subjetivamente y

también tomaron fotos de las muestras para comparar efectivamente la diferencia

de color entre los tratamientos.

Los análisis de los parámetros DBO5, sólidos sedimentables y totales, pH,

materia orgánica, nutrientes, fosfatos y nitratos fueron realizados en el Laboratorio

de Suelos y Aguas de la Universidad EARTH y se utilizaron los métodos y/o

instrumentos que a continuación se citan:

- Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): método del oxígeno disuelto

(Tchobanoglous y Burton, 1991).

- Materia orgánica: método de incineración (Tchobanoglous y Burton, 1991).

- Sólidos totales: método de incineración (Tchobanoglous y Burton, 1991).

- Sólidos sedimentables: método de gravimetría, utilizando el cono de Imhoff

(American Public Health Association, 1992).

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- pH: se utilizó el pH-metro directamente en los lodos, sin dilución (American

Public Health Association, 1992).

- Nitratos: método de espectrofotometría (American Public Health Association,

1992).

- Fosfatos: método de colorimetría (Olsen y Sommers, 1982).

- Calcio, magnesio, potasio: método de incineración y extracción con HCl

(Tchobanoglous y Burton, 1991).

Debido a que no hay equipo disponible en los laboratorios de la

Universidad, los análisis de metales pesados y grasas y aceites fueron elaborados

por el Centro para la Investigación de Contaminación Ambiental (CICA). El método

de análisis utilizado para las grasas y aceites y para metales pesados fue el

determinado por Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater

(American Public Health Association, 1992)

Por último los análisis biológicos, conteo de coliformes fecales y totales,

fueron realizados por Laboratorio de Microbiología y Control de Calidad Industrial

Biotrol S.A., en donde utilizaron la metodología establecida por Standard Methods

for the Examination of Water and Wastewater (American Public Health

Association, 1992). Por razones logísticas y económicas, tanto los metales

pesados como las grasas y aceites, se analizaron solamente en la semana cero y

cuatro de cada repetición.

Para la interpretación de los análisis, se promediaron los resultados

obtenidos de las dos repeticiones. En la sección de Anexos pueden encontrarse

los datos crudos que se utilizaron para graficar los resultados.

26

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5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los objetivos principales de un proceso de estabilización de biosólidos

crudos son la reducción del contenido de microorganismos patogénicos y la

eliminación del potencial de putrefacción y generación de olores. En estos tres

aspectos los resultados de este experimento fueron positivos.

5.1 OLOR Y COLOR En el Cuadro 8 se muestran las diferencias que existieron en cuanto a la

evolución de los olores generados por los biosólidos de ambos tratamientos.

Aunque estos resultados son absolutamente subjetivos, representan uno de los

más importantes resultados. Los olores generados por la putrefacción son uno de

los principales impactos de la descarga de biosólidos crudos y fueron evaluados

precisamente de la manera en que se detectan.

En el caso del olor del tratamiento EM, cuando se caracteriza como “fuerte”

en las semanas 2 y 4, es muy diferente del olor “muy fuerte” que se cita en la

semana 0. Este olor presente en la semana 0 se refiere al olor fresco de los lodos;

olor característico que se detecta cerca de una alcantarilla de un tanque séptico.

En cambio los lodos que se trataron con EM, inmediatamente entraron en un

proceso de fermentación que se podía apreciar claramente en el olor. Este olor se

describe como “fuerte” ya que resultaba de la intensa fermentación que se estaba

dando.

Cuadro 8. Olor percibido en los respectivos tratamientos.

Semana 0 Semana 2 Semana 4 Comentario

Control Muy fuerte Muy fuerte Muy fuerte Olor de materia en pudrición

EM Muy fuerte Fuerte Fuerte Olor de materia fermentada

27

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El Control mantuvo ese olor “muy fuerte” desde la semana inicial (Semana

0). Tal olor era característico de un proceso de putrefacción y el color lo indicaba

así también. Wood et al. (2002), al referirse a los resultados observados en un

experimento con aguas residuales, explica que el color café rojizo (caramelo)

corresponde a colonias de bacterias fotosintéticas, ácido lácticas, algas y/o

levaduras. Por otro lado, el color gris oscuro, sumado además a una capa de

espuma superficial y a una gran cantidad de larvas de moscas, son signos de que

había putrefacción y consecuente mal olor en el Control (Figura 6).

Cuadro 9. Color observado en los respectivos tratamientos.

Semana 0 Semana 2 Semana 4

Control Café grisáceo Café grisáceo Café- Gris

EM Café grisáceo Café muy claro Caramelo

Foto izquierda: 2da semana de tratamiento. Foto derecha: 4ta semana de tratamiento; izquierda Control, derecha EM.

Figura 6. Comparación de las muestras recolectadas.

28

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5.2 PH, TEMPERATURA Y COLIFORMES El proceso fermentativo que se interpreta de los olores y colores descritos

anteriormente, se puede afirmar que lo corroboran los resultados de temperatura y

pH. En la Figura 7 se observa que el tratamiento EM, además de mostrar

temperaturas inferiores, experimentó una baja de temperatura acelerada desde el

inicio del proceso. Aunque las diferencias no son importantes y este factor está

directamente influenciado por cuestiones climáticas del día en que se mide, la

evidencia de la intensa fermentación se confirma con los resultados del pH. De

hecho, en eso se basa la veracidad de este estudio; aunque no hay absoluta

seguridad de cada factor medido independientemente, por falta de repeticiones, en

conjunto muestran claramente una tendencia.

pH

Tiempo (semanas)0 2 4

pH

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

ControlEM

Temperatura

0 2 4

Tem

pera

tura

(°C

)

27

28

29

30

ControlEM

Figura 7. Temperatura y pH de los respectivos tratamientos.

Integrando estos resultados en los objetivos de la estabilización, la

disminución del pH significa más que la simple confirmación de un proceso

fermentativo. La acidez tiene una importancia crucial en cuanto al combate de

microorganismos patogénicos. Atlas y Bartha (2002) citan un ejemplo importante:

Escherichia coli se desarrolla óptimamente con pH entre 6 y 7, y su mínimo es 4,4.

Tratándose de un coliforme fecal de serios estragos para los seres humanos, es

muy positivo que el pH del tratamiento EM haya bajado hasta 4,4 en promedio.

29

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En el Cuadro 10, los análisis de coliformes confirman lo anterior. En el

Control, el desarrollo de los Coliformes, tanto totales como fecales se vio

favorecido (aumentó considerablemente) por un pH ideal de 6,3 y temperaturas

mayores que aceleraron su metabolismo.

El tratamiento EM eliminó casi por completo las poblaciones de Coliformes

totales y fecales. Los requisitos legales exigen que la población de Coliformes

fecales en los lodos, sea menor a 100 o 1000 NMP/100mL, dependiendo del uso

que se vaya a dar (Ministerio de Salud de Costa Rica, 1997). De esta forma se

logró superar el único requisito legal para aprovechar los lodos sépticos en suelos

agrícolas costarricenses.

Además del pH, posiblemente otros factores de las condiciones generadas

por EM intervinieron en el desarrollo de los coliformes y otros patógenos. Higa y

Chinen (1998) explican la importancia de la fermentación con EM que suprime la

putrefacción. Afirman que la condición antioxidante resultante del metabolismo de

algunos de los microorganismos presentes en EM elimina la propagación de

microorganismos patogénicos (Figuras 3 y 4).

Cuadro 10. Contenido de Coliformes totales y fecales.

EM Control

_______________ ______________

Sem 0 Sem 2 Sem 4 Sem 2 Sem 4

--------------------------- NMP/100mL ------------------------

Coliformes totales 35000 ‹ 2 ‹ 2 232300 230120

Coliformes fecales 9800 ‹ 2 ‹ 2 56200 132

5.3 NITRATOS, DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO Y FOSFATOS Es claro que el tratamiento con EM tuvo éxito en la reducción de nitratos,

que son considerados uno de los contaminantes del agua subterránea y superficial

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(Sawyer et al., 2000). Además, esta reducción es un indicador de la estabilización

de lodos; Bettiol y Camargo (2000) afirman que en este proceso debe haber una

pérdida de nitrógeno, debido al consumo del mismo por parte de los

Figura 8. Contenido de nitratos y Demanda Bioquímica de Oxígeno

microorganismos (en su respiración; reducción desasimilatoria de NO3).

(DBO5 ).

proteín

nque séptico existen condiciones de limitada disponibilidad de

oxígen

DBO5

0 2 4D

BO5 (

mg

L-1 d

e lo

do)

0

500

1000

1500

2000

ControlEM

Nitratos

Tiempo (semanas)0 2 4

Nitr

atos

(mg

L-1 d

e lo

do x

100

)

0

50

100

150

200

ControlEM

En las aguas residuales el nitrógeno inicialmente está en forma de

as (nitrógeno orgánico) y amonio. Estos compuestos son un combustible

imprescindible para la actividad biológica que, durante la etapa del tanque séptico,

son transformados a nitratos y nitrógeno molecular, dependiendo del pH y de la

disponibilidad de oxígeno. Los biosólidos crudos por lo tanto poseen nitrógeno en

varias formas.

En el ta

o donde la nitrificación es poca. Al descargar los lodos en los tanques del

experimento estos se oxigenaron, por lo que gran parte del amonio se empezó a

nitrificar. En el caso del Control, el proceso de nitrificación fue prolongado por la

estabilidad de las poblaciones de microorganismos. En el caso del tratamiento EM,

por la inoculación, existió una alta población microbiana que consumió el oxígeno

rápidamente. Lo anterior, más la liberación de antioxidantes y la rápida reducción

del pH, inhibió la nitrificación y se vio favorecida la reducción desasimilatoria de

nitratos, es decir, la formación de nitrógeno gaseoso N2 (desnitrificación). Atlas y

Bartha (2002) citan precisamente que la desnitrificación predomina en sedimentos

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anóxicos acuáticos de pH bajo. En la Figura 4 expuesta en la Revisión de

Literatura, Higa y Chinen (1998) confirman el proceso de nitrificación y posterior

desnitrificación del nitrógeno orgánico al explicar la acción de EM sobre los lodos.

La variación del contenido de nitratos para el Control, pudo deberse a

errores

5 resulta útil para determinar el contenido de

materi

5 l tratamiento con EM

debido

experimentales y también puede simplemente simbolizar un posterior

proceso de desnitrificación, similar al del tratamiento EM, pero que se dio más

lentamente. Una vez que se consumió el oxígeno disponible, se empezó el

proceso de desnitrificación que se reflejó en la reducción de nitratos (Figura 8).

Vale aclarar que la evolución que se aprecia en los gráficos no es exacta para

identificar cuando se detiene o cambia un proceso, debido a que existió un periodo

de dos semanas entre cada muestreo. De esta forma, no se puede detectar en

qué momento exacto se detuvo la nitrificación y se inició la desnitrificación para

cualquiera de los dos tratamientos.

La DBO en este caso no

a orgánica de los biosólidos; sin embargo, se pueden sacar conclusiones de

la comparación del DBO5 con los nitratos. Al pasar de un ambiente anaeróbico

(tanque) a un ambiente con mucha disponibilidad de oxígeno (recipiente de la

prueba de DBO5) se dio probablemente un intenso proceso de nitrificación que se

vio reflejado en una gran demanda de oxígeno. Por lo tanto, en la prueba de

DBO5, no es posible interpretar los valores como oxígeno que se demandaba para

la descomposición de materia orgánica, si no se utilizó inhibidores de bacterias

nitrificadoras en la prueba (Tchobanoglous y Burton, 1991).

Esta alta DBO no se dio igualmente en el caso de

a que el grado de nitrificación no fue el mismo; por ello, probablemente en

este caso sí se pueda afirmar que la DBO5 correspondía a la degradación de

materia orgánica. En el Control las bacterias nitrificadoras estaban más activas al

momento de la prueba de DBO5, pues venían de un proceso prolongado de

nitrificación. En el tratamiento EM, quizás las bacterias nitrificadoras ya tenían un

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espacio muy largo de latencia que, sumado a la reducción del pH, provocó que se

inhibiera la nitrificación al momento de la prueba DBO5.

Los fosfatos en comparación con los nitratos, variaron muy poco. Esto

puede deberse a que los microorganismos no utilizan grandes cantidades de

fosfatos en su metabolismo; mientras que el nitrógeno además de ser uno de los

principales componentes de los aminoácidos, se utiliza como aceptor de

electrones en condiciones anóxicas (Atlas y Bartha, 2002).

Fosfatos

Tiempo (semanas)

0 2 4

Fosf

atos

(mg

L-1 d

e lo

do)

0

2

4

6

8

ControlEM

Figura 9. Contenido de fosfatos.

5.4 OTRAS VARIABLES Los sólidos sedimentables disminuyeron después de dos semanas para los

dos tratamientos, sin embargo no hubo mayor diferencia entre ambos. A la cuarta

semana se observa en el gráfico que hubo un incremento, pero esto

probablemente no sea real, debido a una contaminación de las últimas muestras

que alteró los resultados. Considerando sólo las dos primeras semanas de

tratamiento, existió una tendencia a la reducción de los sólidos sedimentables

(Figura 10). Como lo explican Higa y Chinen (1998), el tratamiento EM se

caracteriza por la resultante formación de un medio antioxidante, el mismo que

promueve una separación líquido-sólida. A diferencia de los procesos oxidativos,

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con el EM hay una mejor y más rápida división y precipitación de los sólidos

sedimentables.

En el caso de los sólidos totales hubo una alta reducción las dos primeras

semanas, que se estabilizó y no varió para la cuarta semana (Figura 10). Los

resultados no se consideraron muy relevantes. Sawyer et al. (2000) menciona que

este parámetro se ideó originalmente para medir la concentración de materia

sólida presente en las aguas residuales, pero que la prueba de DBO5 evalúa de

manera mucho más exacta la concentración de estos materiales.

Sólidos Sedimentables

Tiempo (semanas)0 2 4

Sólid

os s

edim

enta

bles

(m

g L-1

de

lodo

)

0

20

40

60

80

100

ControlEM

Sólidos Totales

0 2 4

Sólid

os to

tale

s (m

g L-1

de

lodo

x 1

00)

0

20

40

60

80

100

ControlEM

Figura 10. Contenido de sólidos sedimentables y sólidos totales en los tratamientos.

El efecto sobre las grasas y aceites no mostró diferencias entre los dos

tratamientos (Cuadro 11). La diferencia en el contenido inicial entre ambas

repeticiones se debió al tratamiento con EM que reciben los lodos en los tanques

sépticos de donde fueron extraídos. Es probable que para el caso de la segunda

repetición, la inoculación haya sido más reciente, entonces disminuyeron las

cantidades iniciales de grasas y aceites (semana 0).

Ambos tratamientos muestran éxito en la degradación de grasas y aceites,

con reducciones mayores al 96% en la primera repetición y más de un 82% en la

segunda. Sin embargo, no se puede inferir que hubo mayor eficiencia por parte del

tratamiento EM. Normalmente se trata de reducir el contenido de grasas y aceites

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mediante tratamientos secundarios (biológicos) en condiciones anaeróbicas

(Sawyer et al., 2000); en este caso los dos tratamientos utilizados contaban con

esas condiciones. En fin, la reducción que se logró es positiva y resulta de gran

importancia porque muchos compradores de biosólidos como fertilizante exigen

límites en el contenido de grasas y aceites (Sawyer et al., 2000).

Cuadro 11. Contenido de grasas y aceites en los tratamientos.

Repetición Tratamientos Semana 0 Semana 4 Porcentaje reducido

96

EM 345 98

85

EM

---------------mg/L------------- %

Control 705 1ra 15900

Control 36 2da 240

43,5 82

El contenido nutricional para potasio, calcio, magnesio y fósforo mostró

mejore

adro 12 puede verse que después de ambos tratamientos (Control

y EM),

(Cuadro 3, Revisión de Literatura) y todos estuvieron por debajo.

s niveles de disponibilidad en el tratamiento EM (Figura 11). Comparado

con ciertos abonos orgánicos del mercado, el contenido es bueno, principalmente

en potasio (Jenkins, 1999). La disponibilidad y calidad de los elementos

nutricionales requeriría un mayor análisis considerando pH y otros factores

relacionados, sin embargo para los objetivos específicos del presente estudio no

es pertinente.

En el Cu

los contenidos de metales pesados se mantuvieron. Con estos resultados,

se determinó que los lodos de la Universidad EARTH no contienen niveles

prohibitivos de metales pesados, por lo que no sería una limitante para su reuso

agrícola. Aunque la ley costarricense no considera el contenido de metales

pesados como un requisito para el reuso de los lodos sépticos, los resultados se

compararon con los límites máximos permitidos en España (Mujeriego,1990)

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Figura 11. Contenido de elementos nutricionales en los tratamientos.

Elementos nutricionales

Con

cent

raci

ón (m

g L-1

0

40

80

120

160

K Mg Ca P

Semana 3

K Mg Ca P

mientos.

Semana 0 Semana 4

Cuadro 12. Contenido de metales pesados en los trata

do) 240

Control EMSemana 0Semana 2 d

e lo 200

l EM Contro

---------------mg/L----- --------- ------------ ---------------

Plomo ‹ 0,0079

Zinc 0,515 ± 0,045 0,84 ± 0,11

A DE LOS DOS

istiero os casos por l mos objetivo oyecto, en otr

Cadmio ‹ 0,013 ‹ 0,010 ‹ 0,010

Cobre ‹ 0,117 ‹ 0,12 ‹ 0,12

Níquel 0,0795 ±0,005 0,0085 ±0,003 ‹ 0,0055

‹ 0,0063 ‹ 0,0063

0,295 ± 0,05

5.5 VALIDEZ RELATIV RESULTAFinalmente, es importante ubicar los resultados dentro de las limitaciones

que ex n; en algun os mis s del pr os

por cuestiones de manejo y costos. Una de las grandes debilidades que presenta

36

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esta investigación es la falta de repeticiones. Al trabajar con tanques de 1 m3 se

logró a

btenidos no sean válidos. Y estos ofrecerán información útil en

la med

semejar el estudio a las situaciones reales, donde se manejan grandes

volúmenes. Sin embargo, limitó a la vez el número de repeticiones que exigen las

bases estadísticas.

Lo anterior resulta en una dificultad al momento de analizar los datos, ya

que se hace más difícil la identificación de errores experimentales. Si bien por eso

el proyecto no cuenta con absoluta validez estadística, tampoco se puede afirmar

que los resultados o

ida en que cada lector los sepa interpretar y sepa considerar los respectivos

márgenes de error.

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6 CONCLUSIONES

El tratamiento con EM eliminó efectivamente más del 99% de los coliformes

totales y fecales a las dos semanas de tratamiento. Con esto se superó los límites

legales establecidos por la ley costarricense para el reuso agrícola de lodos

sépticos. Por otro lado, en la segunda semana el Control presentó un incremento

de los coliformes totales y fecales con respecto al inicial.

El tiempo necesario de estabilización con EM fue de dos semanas; esto

considerando los requisitos legales establecidos por la ley costarricense, ya que

sólo establecen límites para el contenido de coliformes fecales. De la misma

manera, de acuerdo con los resultados obtenidos para otras variables medidas

como DBO5, nitratos y sólidos sedimentables, no se justifican cuatro semanas de

tratamiento con EM. Sin embargo, no se puede afirmar absolutamente que no se

justifican más de dos semanas, pues no se analizaron muestras a la tercera

semana. Es posible que sean necesarias tres semanas o algún número intermedio

entre la segunda y cuarta semana. Sólo algunas variables (pH, temperatura,

contenido nutricional) mostraron evolución positiva después de la segunda

semana. Esto se debería decidir mediante un análisis de costo-beneficio de la

tercera semana de tratamiento.

EM fue un catalizador eficaz del proceso de estabilización que se pretendía.

Las condiciones ambientales generadas por EM en el tanque anaeróbico

generaron una efectiva remoción de elementos contaminantes presentes en los

lodos sépticos. La reducción de la DBO5 en los lodos tratados con EM indica la

fermentación intensa de la materia orgánica a las dos semanas. Esta fermentación

también se evidencia con el fuerte olor a alcoholes y ácidos, y el color café claro

característico de colonias de bacterias ácido-lácticas, algas y levaduras. Otro dato

indicador del proceso de fermentación fue la marcada reducción del pH y la

disminución acelerada de la temperatura al inicio del proceso. En conclusión, esta

intensa fermentación anaeróbica inhibió los procesos de putrefacción, en

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consecuencia eliminó la producción de olores desagradables y también inhibió el

desarrollo de microorganismos patógenos.

En el Control no se generó un proceso de fermentación eficaz, lo cual se

puede afirmar porque desde la segunda semana presentó un olor muy fuerte a

putrefacción y un color negruzco característico de la misma. Además, hubo un

aumento del pH con respecto al inicial. El aumento del pH significó una amenaza

en la estabilización (y potencial reutilización) de los lodos debido a que favoreció,

entre otras cosas, el desarrollo de ciertos microorganismos y dificultó la

desnitrificación.

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7 RECOMENDACIONES

Siendo la principal debilidad de este estudio la falta de repeticiones y

validez estadística, la principal recomendación es que se experimente de manera

que se cubran éstas externalidades. La mejor forma sería llevar el experimento a

una escala menor, quizás al nivel de laboratorio; así, se podría multiplicar las

repeticiones considerablemente.

Ahora que ya se identificó la eficacia de EM en la estabilización de

volúmenes significativos de los lodos sépticos, parte de la continuidad de este

proyecto es el determinar la dosis ideal de este producto. También el llevar el

estudio al nivel de laboratorio favorecería este objetivo.

Se recomienda determinar con muestreos más frecuentes el tiempo ideal

de fermentación. En el presente estudio ya se identificó que la cuarta semana no

es necesaria, pero habría que determinar con datos más frecuentes si es

necesaria una tercera semana de tratamiento.

Por su calidad de preliminar, en este estudio se midieron gran cantidad de

variables que aumentaron mucho los costos. Es recomendable, en estudios

siguientes, la escrupulosa selección de las variables a medir, de manera que se

hagan muestreos más frecuentes, con más determinaciones, y que se obtengan

más datos a más bajo costo. Particularmente se recomienda la medición de olor,

color, DBO5, pH, temperatura, sólidos sedimentables, nitratos, amonio y contenido

de coliformes fecales.

Posterior a todas estas determinaciones, en cuanto a tiempos, dosis y

demás, será necesario identificar la eficacia agronómica de los lodos como abono.

Se recomienda continuar el proyecto experimentando con los lodos estabilizados

en diferentes cultivos, con distintas dosificaciones y comparar contra otro tipo de

abonos orgánicos y sintéticos.

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8 LITERATURA CITADA

American Public Health Association. 1992. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 18a. edición, APHA.

Atlas, R; Bartha, R. 2002. Ecología microbiana y microbiología ambiental. Cuarta edición. Pearson Educación S.A, Madrid, España. 696 p.

Bellamy, M; Horsley, B. 2002. Options for advanced on-site treatment. Proceeding of 7th international conference of Kyusei Nature Farming (in press).

Bettiol, W; Camargo, O. 2000. Impacto ambiental del uso agrícola de lodos sépticos. EMBRAPA Medio ambiente, Brasil. 312 p.

Chicón, L. 2000. Especiación de metales pesados en lodos de aguas residuales de origen urbano y aplicación de lodos digeridos como mejoradores de suelos. [En línea]. Disponible en: http://usuarios.lycos.es/ambiental/lodos.html Consultado 20 julio, 2003.

CWMI (Cornell Waste Management Institute). 2003. The characteristics of biosolids/sludge. [En línea]. Center for the Environment, New York, United States. Disponible en: http://www.cfe.cornell.edu/wmi/Sludge/Characteristics.pdf Consultado 20 julio, 2003

Del Porto, D; Steinfeld, C. 1997. The Composting Toilet System Book. Center for Ecological Pollution Prevention, Massachusetts, United States.

Eco Pure. 2003. Countries using EM. En: Eco-Pure Magazine. EMRO. 10-11 p. Evanylo, G. 1999. Agricultural land application of biosolids in Virginia: Production

and characteristics [En línea]. Virginia State University, United States. Disponible en http://www.ext.vt.edu/pubs/compost/452-301/452-301.html. Consultado 20 julio, 2003.

Gamrasni, M. 1985. Aprovechamiento agrícola de aguas negras urbanas. Limusa, México. 143 p.

Grupo Hidro-ecológico Nacional (GHeN). 1999. Curso Evaluación rápida de la calidad del agua. Módulo II. Republica Dominicana.

Higa, T. 1993. Una revolución para salvar la tierra. Traducido por Del Mar Riera. EMRO, España. 332 p.

Higa, T; Chinen, N. 1998. EM treatments of odor, waste waster and environmental problems. College of Agriculture, University of Ryukyus, Okinawa, Japan.

Kabongo, P. 2002. Testing of viability of know pathogens in Effective Microorganisms (EM). Report EMROSA project. Onderstepoort Veterinary Institute, South Africa. 2 p.

41

Page 55: UNIVERSIDAD EARTH EFICIENCIA DE LOS · PDF fileuniversidad earth eficiencia de los microorganismos eficaces (em) en la estabilizaciÓn de lodos sÉpticos para su reuso agrÍcola marcos

King, L.1986. Agricultural use of Municipal and industrial sludge in the Southern United States. Southern Cooperative Series. North Carolina State University, North Carolina, United States. 51 p.

Ministerio de Salud Pública. 1997. Decreto Ejecutivo– Reglamento de vertido y reuso de aguas residuales [En línea]. Disponible en: www.netsalud.sa.cr/ms/decretos/borrad2.htm. Consultado 14 julio, 2003.

Mujeriego, R. 1990. Manual practico de riego con agua residual municipal regenerada. [En línea]. Ediciones Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, España. Disponible en: http://mie.esab.upc.es/arr/T27E.htm Consultado 20 julio, 2003

Montangero, A; Strauss, M. 2000. Cuando los tanques sépticos están llenos- el desafío del manejo y tratamiento de los lodos fecales. [En línea]. Disponible en: http://www.sandec.ch/files/Manejo_lodos_fecales.pdf Consultado 18 julio, 2003

Olsen, R; Sommers, E. 1982. Phosphorus. In: Methods of Soil Analysis. Amerian Society of Agronomy, Inc., Wisconsin. 403 – 430 p.

Pérez, J; Espigares, M. 1999. Estudio sanitario del agua. Segunda edición. Universidad de Granada, España. 454 p.

Sawyer, C; McCarty, P; Parkin, G. 2000. Química para ingeniería ambiental. Cuarta edición, McGraw-Hill. Bogotá, Colombia. 713 p.

Spellman, F. 1997. Dewatering Biosolids. Technomic Publishing Company, United States of America. 275 p.

Spellman, F. 2002. Microbiology for water / wastewater operators. Technomic Publishing Company, Inc. Lancaster, Pennsylvania

Tchobanoglous,G; Burton, L. 1991. Chapter 3: Wastewater characteristics. In: Wastewater Engineering. Metcalf & Hedí, Inc. 2nd ed. Irwin/McGraw Hill, MA. 47-119 p.

Ugarte, S; Fernández, J; Herrero, C; Denita, L. Arreghini, M. 2001. Parámetros de diseño para el tratamiento biológico aerobio de efluentes de la industria vitivinícola [En línea]. Grupo de Estudios para el Tratamiento de Aguas Residuales (G.E.S.T.A.R.). Instituto de Medio Ambiente Facultad de Ingeniería, Argentina. Disponible en: http://mail.inenco.net/~asadedit/avermas/averma4/06-47.pdf Consultado 20 julio, 2003

Villegas, J. 2002. Ordenan tratar material fecal. La Nación, San José (C.R.); Septiembre:14.

42

Page 56: UNIVERSIDAD EARTH EFICIENCIA DE LOS · PDF fileuniversidad earth eficiencia de los microorganismos eficaces (em) en la estabilizaciÓn de lodos sÉpticos para su reuso agrÍcola marcos

Wastewater and Plumping Control Program. 2003. Septic Tank. Department of Human Services, Bureau of Health. Division of Health and Engineering. Maine, USA. [En línea] Disponible en: www.state.me.us/dhs/eng/ plumb/images.htm Consultado 20 julio, 2003.

Wididana, G. 1994. Preliminary experiment on EM technology on wastewater treatment. Proceeding of the third conference on Effective Microorganisms (EM). Kyusei Nature Farming Center, Indonesia.

Wood, M; Higa, T; Farrelly, P; Simpson, B. 2002. EM projects in USA. Proceedings of the 7th international conference of Kyusei Nature Farming (in press).

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9 ANEXOS

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Anexo 1. Datos crudos de los resultados obtenidos

Temperatura Coliformes fecales DBO5 M.O. Sólido

s tot. Sólidos sed. Nitratos Fosfatos Grasas y

AceitesMuestras

PH

°C NMP/100mL mg/L % (v/v) g/L mL/L mg/L mg/L mg/L

Inicial A 5,56 29 15000 1350 0,045 8,22 115,8 140 4,92 15900

EM A 2 5,34 27 2 510 0,05 1,85 89,5 10 3,93 x

Control A 2 6,16 27,5 2400 1180 0,02 1,29 10 739 2,62 x

EM A 4 4,28 27 2 585 0,06 2,29 100 47 3,19 345

Control A 4 6,13 27,5 23 2240 0,04 1,79 98 9625 3,12 705

Inicial B 6,01 30 4600 90 0,035 0,62 16,5 9025 3,62 240

EM B 2 4,36 29 2 378 0,02 0,78 1 362 3,32 x

Control B 2 6,19 30 110000 1698 0,04 2,32 50 31250 7,66 x

EM B 4 6,48 27,5 2 460 0,06 1,9 14 27 8,13 43

Control B 4 4,41 28 240 1315 0,03 0,6 76,5 179 8,12 36

x = no hay muestras

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