Es importante analizar los efluentes de los biodigestores (o biol) para saber qué tan efectivos son estos sistemas como solución de gestión de desechos para mejorar la calidad del agua. Muchos desechos animales terminan sin tratamiento en los ríos, lo que causa problemas de proliferación de algas, menor disponibilidad de oxígeno para otros organismos vivos como peces y plantas, y puede causar problemas graves de salud en los seres humanos.
El Instituto Internacional de Recursos Renovables y Biobolsa realizaron las siguientes pruebas para evaluar la calidad del agua y la aplicabilidad de fertilizantes en sus sistemas de biodigestores. Estas pruebas forman parte de una serie de pruebas para el efluente de los biodigestores y se realizan sobre la calidad de los fertilizantes de los biodigestores .
Expectativas de calidad del agua
Las siguientes expectativas son para las aguas residuales humanas y estos sistemas de tratamiento de aguas residuales generalmente incluyen muchos componentes más allá de los biodigestores.
Monitoreo rutinario de efluentes y expectativas sobre la calidad del agua de los sistemas de tratamiento de aguas residuales
| Constitucion | Unidades | Frecuencia | Rango típico | Límite de uso en riego agrícola |
| Sólidos suspendidos totales (SST) | mg/l | Trimestral | 10 a 30 | |
| Demanda biológica de oxígeno (DBO) | mg/l | Trimestral | 5 a 15 *** | |
| Amoniaco como nitrógeno | mg/l | Trimestral | < 3 | |
| Nitrato como nitrógeno | mg/l | Trimestral | 10 a 15 | <30 |
| Nitrógeno total Kjedahl | mg/l | Trimestral | 10 a 15 | |
| Nitrógeno total | mg/l | Trimestral | 10 a 20 | |
| pH | Trimestral | 6-8 | ||
| Coliformes fecales | NMP/gTS* | Durante la liberación del biodigestor | Mejor si < 1001 Debe ser < 2.000.000 ** | |
| Óvulos de helmintos | óvulos/ 4g | Durante la liberación del biodigestor | < 1 ** |
Notas:
- Número más probable por gramo de peso seco de sólidos totales
- Los huevos de coliformes fecales y de helmintos se miden en sólidos secos según los estándares de biosólidos. Los biosólidos son un subproducto de los biodigestores en el tratamiento de aguas residuales. El problema con la prueba de los sólidos secos es que la cantidad de huevos de coliformes y helmintos se reducirá drásticamente en comparación con el estado líquido y nuestra aplicación de efluentes de biodigestores está en forma líquida.
- Las muestras de DBO del efluente deben tratarse con un inhibidor de nitrificación (TCMP) antes de realizar las pruebas y los resultados de las pruebas deben informarse como CBOD para indicar que se utilizó un inhibidor.
- Los huevos de coliformes fecales y de helmintos se miden en sólidos secos según los estándares de biosólidos. Los biosólidos son un subproducto de los biodigestores en el tratamiento de aguas residuales. El problema con la prueba de los sólidos secos es que la cantidad de huevos de coliformes y helmintos se reducirá drásticamente en comparación con el estado líquido y nuestra aplicación de efluentes de biodigestores está en forma líquida.
- Número más probable por gramo de peso seco de sólidos totales
Sólidos suspendidos totales (SST)
Los TSS son las materias suspendidas o disueltas en el agua. Las aguas residuales contienen una variedad de materiales sólidos que van desde trozos de basura hasta material coloidal; sin embargo, el efluente de los biodigestores de desechos animales debería ser bastante uniforme. Las concentraciones típicas de TSS en aguas residuales domésticas humanas sin tratar varían de 120 mg/L a 400 mg/L. Los TSS esperados en el efluente final de un sistema de tratamiento deberían estar en el rango de 15 a 30 mg/L. [2]
Demanda de oxigeno bioquímico
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una medida de la tasa a la que los organismos utilizan oxígeno mientras consumen materia orgánica descomponible presente en el agua. Los nitratos y fosfatos contribuyen a niveles más altos de DBO. [3] Una DBO más alta significa que el agua contiene una mayor cantidad de material orgánico disponible y, por lo tanto, una menor disponibilidad de oxígeno. [4] Por lo tanto, es muy importante reducir la DBO en el agua que ingresa a los ríos y cuerpos de agua abiertos.
Nitrógeno (N)
- Se encuentra en la clorofila y el protoplasma de las plantas y es un componente importante de las proteínas.
- El exceso de nitrógeno se manifiesta como un crecimiento suave y exuberante y puede provocar una pérdida significativa de rendimiento debido al debilitamiento del tallo y al aplanamiento del cultivo por el viento y la lluvia, falta de maduración y mayor susceptibilidad a plagas y enfermedades. [5]
- La deficiencia se manifiesta como un acortamiento de los tallos y un amarillamiento de las hojas.
- Las plantas que consumen mucho nitrógeno incluyen: calabaza, repollo, brócoli y maíz.
- La mayor parte del nitrógeno del mundo existe en nuestra atmósfera en forma de N2, que no está disponible para el uso de la mayoría de las plantas, por lo que es importante encontrar y medir la cantidad de nitrógeno biodisponible. [6]
Nitrógeno biodisponible
- Nitrato, NO3-
- Amonio, NH4+
Nitrato, NO3-
- Los nitratos son un nutriente importante para las plantas. Cultivos como el tabaco, las patatas y los tomates prefieren el nitrato como fuente de nitrógeno. Los nitratos se transforman a partir de nitritos, NO2-, por bacterias nitrificantes y el amoníaco se puede oxidar en nitratos o nitritos. [7] Los fertilizantes en forma de nitrato son susceptibles a una posible lixiviación y pérdidas a través de emisiones gaseosas durante
desntrificación o nitrificación. [8]
- En exceso (aproximadamente 5 miligramos por litro) los nitratos en lagos y arroyos pueden provocar un crecimiento excesivo de algas, eutrofización y, por lo tanto, una pérdida de oxígeno disuelto. Los niveles reducidos de oxígeno disuelto pueden causar la muerte de peces, así como una reducción del crecimiento de la vegetación autóctona. [9]
- Los animales y los seres humanos no pueden utilizar formas inorgánicas de nitrógeno y, si el nitrato supera los 10 miligramos por litro en el agua potable, puede interferir con los niveles de oxígeno en la sangre y provocar metahemoglobinemia (o síndrome del bebé azul) en los bebés y cáncer gástrico. [10] [11] *Las verduras de hoja, en particular, en diferentes condiciones ambientales, pueden acumular nitratos en concentraciones potencialmente dañinas. Estas verduras incluyen Brassicaceae (rúcula, rábano y mostaza), Chenopodiaceae (remolacha, acelga y espinaca), Amaranthaceae (Amaranthus), Asteraceae (lechuga) y Apiaceae (apio y perejil).
Los límites generales de nitratos en vegetales de hoja y agua potable son de 100 a 170 mg/día de consumo humano. [12]
- Resumen: Si bien la reducción de los niveles de nitrato es un factor importante para medir los efluentes que se devuelven a los ríos y arroyos, tener niveles más altos de nitrato puede ser un beneficio para las aplicaciones de fertilizantes en los cultivos, siempre que los niveles de nitrato en las frutas y verduras se mantengan por debajo de los límites requeridos para los niveles de consumo humano. Esto puede significar que la aplicación de nitrato es mejor para los cultivos en su etapa de plántula y vegetativa, mientras que la aplicación debe reducirse durante la etapa de floración y fructificación. También debe haber una aplicación específica de nitratos para el cultivo, donde las verduras de hoja reciben tasas más bajas de aplicación de nitrato.
Nitrito, NO2
El nitrito no está biodisponible, pero debe convertirse en nitrato para que las plantas lo utilicen. Pequeñas concentraciones de nitrito pueden ser tóxicas para las plantas, pero el nitrito es un intermediario importante en la conversión de amonio a nitrato en el suelo. El nitrito también se forma por desntrificación, o la reducción bacteriana de nitrato a nitrito, esto ocurre en condiciones anóxicas (o privadas de oxígeno). El nitrito no es un intermediario estable y se han reportado muy pocos casos de acumulación de nitrito. Los niveles de nitrito generalmente no superan las 0,25 a 70 ppm en el suelo. Sin embargo, la acumulación puede ocurrir en suelos neutros o alcalinos, ya que la conversión de nitrito a nitrato se inhibe más que la conversión de amoníaco a nitrito. [13] Además, las bacterias presentes en los lodos de depuradora convierten los nitratos en nitritos. [14]
Amoniaco, NH3
El amoníaco no está biodisponible, pero debe convertirse en amonio para que las plantas lo absorban. Es muy volátil y debe transformarse en otras formas de nitrógeno, como la urea, para su almacenamiento. El amoníaco es el olor penetrante del compost con demasiado nitrógeno y poco carbono. El amoníaco también es la forma de nitrógeno que se convierte con mayor frecuencia en compuestos nitrogenados sintéticos, como el ácido nítrico, para aplicaciones de fertilizantes industriales.
Amonio, NH4+
El amonio es tan disponible para las plantas como el nitrato, sin embargo, el amonio generalmente no se acumula en el suelo porque se convierte fácilmente en nitrato en la mayoría de las condiciones. [15] El amonio es menos capaz de lixiviarse del suelo, sin embargo, es muy volátil y puede escapar fácilmente en entornos aeróbicos. [16] El amonio puede ser tóxico en concentraciones suficientemente altas y por esta razón las plantas generalmente no lo absorben tan fácilmente como el nitrato.
Nitrógeno orgánico
- Esto se mide por el nitrógeno orgánico total , que no tiene en cuenta las formas inorgánicas de nitrógeno como (NH4, NO3, NO2).
- La urea, (NH2)2CO, es un ejemplo de nitrógeno orgánico y se produce en el cuerpo principalmente para la excreción de nitrógeno. La urea contiene alrededor del 88 por ciento del N (nitrógeno), hasta el 67 por ciento del P (fósforo) y hasta el 71 por ciento del K (potasio) presente en los excrementos humanos. [17] Cuando se aplica urea al suelo, reacciona con el agua para formar amonio en un plazo de 2 a 3 días. Si se aplica urea únicamente a la superficie del suelo, se producirá cierta volatilización del amoníaco, lo que puede ser bastante drástico en los meses de verano. [18]
Nitrógeno total Kjeldahl (TKN)
El nitrógeno total Kjeldahl es la suma de nitrógeno orgánico, amoníaco (NH3) y amonio (NH4+).
Nitrógeno total
El nitrógeno total se puede obtener hallando el nitrógeno total Kjeldahl (TKN), el amoníaco y el nitrato-nitrito y sumándolos. El nitrógeno total no incluye el N2, que no es biodisponible. [19]
pH
El pH es la concentración de iones de hidrógeno en solución. La concentración de pH adecuada para la existencia de la mayor parte de la vida biológica es bastante limitada y normalmente oscila entre 6 y 9. [20]
Coliformes
Las pruebas para detectar bacterias coliformes son más baratas y mucho más rápidas que las pruebas para detectar organismos y patógenos específicos, por lo que el Servicio de Salud Pública de EE. UU. creó un estándar en 1914 para la concentración de coliformes como indicador de la idoneidad microbiológica general del agua potable y de superficie. 1 coliforme fecal/100 ml = 1 ppb = 0,001 ppm.
Pruebas biológicas para la calidad del agua
Concentraciones de parámetros esperados de la calidad del agua de entrada y salida del biodigestor
| Parámetro | Significar | Rango |
| ph del afluente [21] | 6.7 | 6.4-7.1 |
| 7.2 | 6.8-7.5 | |
| 35.6 | 22,4-45,0 | |
| 13.5 | 8.8-23.9 | |
| 62 | 2-79 | |
| E. coli antes de la carga [22] | 52.890 | 11.000-150.000 |
| 75 | 2-450 |
Prueba de DQO en Biol
El rango común de DQO de Biol es de 8,8 a 23,9 g/L.
Nuestra hipótesis es que la muestra de Biol se encuentra en el rango alto de concentración de DQO común para el efluente del biodigestor.
El clorímetro solo puede analizar entre 0 y 15 g/L en el extremo superior. (Estos siguen las instrucciones del manual del clorímetro).
Por lo tanto, necesitamos al menos una dilución de 6X.
Materiales
- Se agotó el reactivo de la solución digestiva para DQO
- Matraz Erlyn Meyer
- Embudo (hecho con una botella de Pepsi)
- 2 pipetas o goteros (uno hecho con una botella de microdyn limpia y el otro era un gotero de laboratorio de plástico)
- 3 frascos
- guantes
- cubierta protectora para mesa
- Bloque de reactor digital (DRB)
- Clorímetro
Suposiciones
- 001 ppm = 1 mg/L
1 gota = 0,05 ml
Proceso de dilución
- Matraz Erlyn Meyer lleno hasta 150 ml con muestra biológica
- Se agregaron 150 ml de agua de garafon al matraz.
- Matraz mezclado mediante agitación.
- Mezcla reducida a 100 ml.
- Se volvió a llenar con agua de garafón hasta los 300 ml. La mezcla resultante tiene un color verde oscuro uniforme con una pequeña cantidad de partículas en suspensión.
Proceso para agregar dilución al reactivo
- Ejecuté el programa COD para precalentar.
- Mezcle la muestra de prueba en blanco sin la muestra biológica. Utilice una botella de Microdyn limpia para agregar 4 gotas de agua de Garafon al tubo de ensayo de reactivo y etiquételo.
- Mezclé el segundo tubo de ensayo con la muestra de biol. Agregué 20 ml de muestra de biol (= 4 gotas) al reactivo y lo etiqué.
- Sellar el tubo de ensayo con muestra de biol y reactivo e invertirlo 4 veces.
- Una vez a 150 C y con los viales listos, coloque los viales en el bloque del reactor y presione iniciar.
- Espere 120 minutos para que los viales se calienten.
- Luego dejar enfriar y esperar hasta que alcance temperatura ambiente.
- Limpieza de los viales de polvo.
- Coloque el frasco del tubo de ensayo en blanco en el colorímetro y presione cero para calibrar el colorímetro a cero.
- Luego saca el espacio en blanco.
- Luego, limpie el frasco con la muestra y colóquelo en el frasco con la muestra en el clorímetro. Presione la lectura y le indicará la DQO en mg/L. Al calcular los resultados para el rango alto, multiplique la lectura por diez.
Resultados
- Resultados 151 mg/L (+/- 16 mg/L) X 10 (del manual del colorógrafo) X 6 (para dilución) = 9060 mg/l = 9,06 g/L.
9,06 g/L es una DQO muy baja, cuando el rango común para la DQO biológica es de 8,8 a 23,9 g/L.
Cosas aprendidas
- La próxima prueba es hacer un cilindro graduado con vasos de repuesto, cuando tengas poco material de laboratorio.
- Con estos cilindros se pueden realizar diferentes diluciones, entre ellas: 1:2, 1:4, 1:8 y diferentes muestras de biol. El DRB cuenta con hasta 15 puertos de reactor diferentes para analizar diferentes muestras y diluciones.
Referencias
- ^ Palabra, Tressie. PLANTAR UABJO: Plan de Operación y Mantenimiento. Universidad Autonómica de Benito Juárez, Oaxaca, México. Agosto de 2010.
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- ↑ Gary S. Thorpe. Barron's AP Environmental Science. Serie educativa de Barron's, 2009.
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- ↑ Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, FAO. Directrices de calidad de las aguas residuales para uso agrícola. http://www.fao.org/docrep/t0551e/t0551e04.htm#2.3 Directrices de calidad de los efluentes para la protección de la salud
- ↑ Thomas Marler, Frank Cruz y James McConnell. Nutrientes esenciales para las plantas. Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida, Universidad de Guam
- ↑ EI UWAH*, J. ABAH, NP NDAHI y VO OGUGBUAJA. NIVELES DE CONCENTRACIÓN DE NITRATO Y NITRITO EN SUELOS Y ALGUNAS VEGETALES DE HOJA OBTENIDOS EN MAIDUGURI, NIGERIA. Revista de Ciencias Aplicadas al Saneamiento Ambiental. Universidad de Maiduguri. Agosto de 2009.
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- ↑ C Kameswara Rao. Toxicidad de los nitratos y nitritos en las plantas. Fundación para la Concienciación y la Educación en Biotecnología. Bangalore, India. Julio de 2007.
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- ↑ OL OKE. Toxicidad del nitrito en las plantas. Nature Vol. 212, 528. 29 de octubre de 1966.
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- ↑ Saltar a:21.0 21.1 21.2 21.3 21.4 Bui Xuan, An; Preston, TR; y Dolberg, F, 1996. La introducción de biodigestores de tubo de polietileno de bajo costo en granjas de pequeña escala en Vietnam, Investigación ganadera para el desarrollo rural, 8:1
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