Los biodigestores son una tecnología que se utiliza para ayudar a los pequeños agricultores a tratar los desechos animales y humanos, al mismo tiempo que les proporciona fertilizantes con menos patógenos para un consumo más seguro de los cultivos y gas para sus estufas, calderas y generación de electricidad. El resultado es una reducción en el consumo de leña, la deforestación y los contaminantes del aire en el hogar. (Eaton, 2009) (Soeurn, 1994) (Natural Research Council, 1998) Aunque la utilización del biogás se ha estudiado ampliamente, la calidad del fertilizante no lo ha sido. (Eaton, 2009) Debido a los nutrientes vegetales en el biol y al creciente movimiento de alimentos orgánicos en todo el mundo, existe un creciente interés en el biol como fertilizante. (Eaton, 2009) (Kean, 2001) Nuestro estudio tomará muestras de efluentes de biodigestores (biol), en México, de una variedad de animales y alimentos diferentes y analizará el pH, la temperatura, el nitrógeno, el amoníaco total (NH3 + NH4), el fósforo, el potasio, el calcio, el magnesio y los coliformes. (Rosas, 1984) Nuestro estudio determinará qué tan estables son los diferentes nutrientes en el biol en comparación con fertilizantes alternativos y qué tan seguros son los cultivos para el consumo después de la aplicación. También realizaremos nuestras pruebas en conjunto con encuestas para determinar cómo los diferentes animales y alimentos se adaptan mejor a los diferentes cultivos en México, cómo los agricultores ya están utilizando el biol y cuál es su satisfacción con él, y cómo la producción de biogás se relaciona con la calidad del fertilizante. Por último, dado que algunos agricultores pueden no necesitar utilizar el biol durante 4 a 6 meses después de su producción, realizaremos pruebas para ver cómo el biol se degrada y cambia con el tiempo a medida que se almacena y los cambios después de la deshidratación y rehidratación en lo que respecta al transporte de biosólidos.
Contenido
Fondo
La alta densidad de población, los cambios climáticos y el creciente consumo humano de recursos están agotando la fertilidad del suelo en todo el mundo (Thy et al, 2003) (Ding Jieyi et al, 1984). Al mismo tiempo, el aumento del uso de fertilizantes y la cría de animales han provocado la lixiviación y el vertido de sustancias biológicas y químicas a los cursos de agua, lo que a su vez mata a peces y plantas y plantea problemas de salud a los seres humanos (Environmental Protection Agency, 2000). Para aumentar la fertilidad del suelo y reducir los efectos nocivos del estiércol o el vertido de fertilizantes a los cursos de agua, un sistema integrado de agricultura que trate y utilice los desechos animales para su aplicación como fertilizante podría ayudar a reducir la pérdida de nutrientes del suelo, reducir los problemas de erosión y salinidad, así como reducir la contaminación de los recursos hídricos (Preston et al, 1996).
En la Ciudad de México, las aguas residuales domésticas sin tratar se utilizan a menudo como fertilizante, lo que provoca la contaminación del suelo con sales y metales pesados, así como niveles peligrosos de patógenos en los cultivos (Rosas, 1984). Mientras tanto, el estiércol de las granjas domésticas, conocido coloquialmente como traspatios, se vierte directamente en los cursos de agua de algunas zonas de la Ciudad de México, lo que provoca la contaminación del agua y la eutrofización. Los biodigestores capturan y almacenan los desechos animales en un entorno anaeróbico y, después de 20 a 30 días, el efluente procesado, conocido como biol, ha reducido los patógenos para los cultivos y puede aumentar la fertilidad del suelo, reduciendo los contaminantes en el agua y el medio ambiente (Eaton, 2009) (Kean, 2001) (Bui Xuan).
Un estudio ha demostrado que el uso de efluentes de biodigestores puede aumentar el rendimiento de los cultivos en un 69%. (Kean, 2001) Otro estudio que comparó cantidades iguales de nitrógeno total en urea con efluentes de biodigestores encontró que el biol era un fertilizante superior que producía un aumento del rendimiento de los cultivos (en biomasa) de más del 16%. (Kean, 2001) También se ha demostrado que la adición de agentes fertilizantes como el biol puede aumentar el contenido de proteínas de los cultivos. (Rodríguez, 1996) Además, otro estudio encontró que los fertilizantes orgánicos experimentaron una menor lixiviación de nitrato-nitrógeno de 4,4 a 5,6% en comparación con los fertilizantes convencionales. (Kramer et al, 2006)
El elemento nitrógeno existe en todas las formas de vida y su circulación en el universo viviente y en toda la naturaleza forma una red compleja conocida como el Ciclo del Nitrógeno; la forma que adopta el nitrógeno en este ciclo puede significar que está disponible para las plantas o que se filtra o se vaporiza en el aire. Los biodigestores funcionan creando un entorno anaeróbico, que es capaz de descomponer el nitrógeno ligado orgánicamente, como el que se encuentra en el estiércol, en amoníaco (N). El amoníaco se puede convertir en amonio o nitrito (y luego en nitrato). (NMED, 2007) El amonio se adhiere a las partículas del suelo y no se filtra (o se filtra más allá del suelo) ni se desnitrifica (se convierte en gases de nitrógeno). Sin embargo, el amonio se convierte en nitrato a través de la nitrificación por organismos bacterianos en el suelo. Los nitratos se filtran y desnitrifican fácilmente. (Sawyer, 2008) Las bacterias que realizan la nitrificación en nitritos y nitratos requieren oxígeno disuelto libre para realizar su trabajo, por lo que en el biodigestor anaeróbico es poco probable que haya mucha conversión de amoníaco o amonio a nitritos o nitratos. (Sawyer, 2008) (NMED, 2007) En cambio, la acumulación de amonio aumenta en entornos inundados de manera similar a nuestro biol, por lo que esperamos ver altas concentraciones de amonio y bajas concentraciones de nitrato en el biol. Compararemos las concentraciones de amonio, amoníaco y nitratos a medida que cambian con el tiempo al almacenarse a temperatura ambiente durante varios meses para ver qué tan estable es el nitrógeno en el biol.
Métodos
Para cada sitio de prueba, recolectaremos una muestra de los desechos no tratados que esperan en el registro y una muestra de biol fresco que sale al aplicar presión en la bolsa del biodigestor. Colocaremos las muestras en hielo y haremos que las pruebas bacterianas se incuben dentro de las 6 horas posteriores a la recolección. Después de la prueba inicial del biol fresco, lo dejaremos sin refrigerar para analizar los cambios y la degradación del biol durante un período de meses. Dado que diferentes productores usan el biol en diferentes momentos, probaremos qué tan bien se almacena el biol con el tiempo en forma líquida. Si bien los productores de árboles de aguacate pueden no usar el biol durante 4 a 6 meses hasta que los árboles estén floreciendo, otros pueden esperar solo un mes o menos antes de aplicarlo en sus cultivos de maíz, por lo que haremos pruebas después de 1, 2, 4 y 6 meses. (Davenport) Además, dado que algunas granjas están ubicadas lejos de los animales y el biodigestor, probaremos cómo cambia el biol después de la deshidratación y rehidratación como se hace para el transporte de biosólidos. (Crush, 2006) Realizaremos pruebas de pH, temperatura del biol, temperatura exterior, nitrato, amoníaco total (NH3 + NH4), fósforo, potasio, magnesio y calcio. Estos representan indicadores importantes para la estimulación del crecimiento de las plantas o un indicador de la estabilidad de los nutrientes en el biol (especialmente en relación con los niveles de amoníaco y amonio). Coordinaremos nuestra investigación de laboratorio con cuestionarios estandarizados de visitas al sitio para las familias que preguntarán: qué tipos de animales se utilizan y con qué se alimentan, si se está produciendo biogás y cuánto, si utilizan el biol como fertilizante y para qué tipos de cultivos, cuánto tiempo esperan antes de utilizar el biol y otras observaciones, incluida su satisfacción con el biodigestor. Esto nos ayudará a entender cómo se relaciona la producción de biogás con la calidad del fertilizante, cómo los diferentes animales y alimentos afectan la calidad del fertilizante y cómo los agricultores ya están utilizando el fertilizante y su satisfacción con él.
Objetivos
- Comprenda la calidad general del fertilizante biológico recién salido del biodigestor
- Medir la estabilidad de los nutrientes en el fertilizante en comparación con otros fertilizantes de uso común.
- Encuentre el nivel de reducción de los niveles de coliformes del estiércol fresco al biol, tanto proporcionalmente (porcentaje reducido) como cuantitativamente (UFC).
- Comparar:
- Cómo los desechos de diferentes animales modifican la calidad de los fertilizantes
- Cómo los desechos de diferentes piensos modifican la calidad de los fertilizantes
- ¿Qué cultivos se adaptan mejor a qué tipos de biol de los diferentes animales y piensos?
- Cómo los agricultores ya utilizan el fertilizante y cuál es su satisfacción con él.
- Qué tan bien se almacena el biol a lo largo del tiempo en forma líquida
- Cómo cambia el biol después de la deshidratación y rehidratación como se hizo para el transporte de biosólidos
- Cómo se relaciona la producción de biogás con la calidad de los fertilizantes
Sitios de muestra
- Registro de ingesta con materia fecal fresca mixta
- Salida para biol (o efluente del biodigestor), luego de dar el empujón de 'masaje' a la bolsa del biodigestor hasta que salga biol fresco a su recipiente de muestra.
Tamaño de la muestra
18 sistemas diferentes, 2 muestras de cada uno probadas 5 veces durante un período de 6 meses
Proceso
- Utilice un recipiente estéril de 500 ml para tomar una muestra de la mezcla de estiércol fresco en el registro.
- Etiquetar la muestra como MR (estiércol de registro) y escribir la fecha en la muestra.
- Coloque otro recipiente estéril de 500 ml debajo del tubo de salida del efluente para tomar una muestra del biol fresco del biodigestor.
- pedirle a alguien que pise levemente el biodigestor para que entre biol fresco a la muestra, esto es importante para que sepamos el tiempo que el biol sale de la bolsa para saber cómo cambia y se degrada el efluente con el tiempo.
- Etiquete la muestra como FB (biol fresco) y escriba la fecha en la muestra.
Pruebas en el campo
- Antes de abandonar el sitio, tome la lectura de temperatura del ambiente exterior y anote la hora.
- También tome la lectura de temperatura del biol fresco después de que salga al recipiente de muestra.
- Comprueba el pH del biol utilizando las tiras de pH
- y comprobar el oxígeno disuelto del biol utilizando el medidor de DO
- Tapar ambas muestras y colocarlas en una hielera.
- Luego haz las siguientes preguntas
Preguntas de la encuesta
- ¿Qué tipo de animales tienes?_________________________________________________
- ¿Cuántos animales__________________________________________________________________
- ¿Qué les das de comer a tus animales?______________________________________________________(nuevo)
- ¿Cuál es la tasa de carga del biodigestor kg/L?
- ¿Se está produciendo biogás?
- ¿Cuánto biogás se produce?
- ¿Utilizas el biogás?
- ¿Utilizas el biol como fertilizante?_____________________________________________________________
- ¿Para qué tipos de cultivos utilizas el fertilizante?___________________________________________
- ¿Cuánto tiempo hay que esperar antes de aplicar el biol?_____________________________________________
- ¿Qué tan satisfecho está con el fertilizante? 1 Muy satisfecho - 5 No satisfecho en absoluto con él________________________________________________________________________________________________________________
De vuelta a las pruebas de laboratorio
- Al regresar al laboratorio, coloque las muestras en un refrigerador si no las va a analizar de inmediato.
- Realice pruebas de nitrógeno, amoníaco total (NH3, NH4), fósforo, potasio, calcio, magnesio y coliformes, tanto totales como fecales, siguiendo el manual del clorímetro.
- Para obtener información sobre las concentraciones esperadas y su importancia, consulte Parámetros de calidad de fertilizantes para pruebas.
- Después de la prueba inicial del biol fresco, deje muestras afuera (sin refrigerar y sin tapas), esto nos dirá cómo se degrada el biol con el tiempo. Construiremos un pequeño alero en el techo afuera para que el biol permanezca debajo durante este tiempo.
- volver a analizar las mismas muestras después de 1 mes, 2 meses, 4 meses y 6 meses.
Referencias
- Crush JR, Sarathchandra JR y Donnison A. Efecto del crecimiento de las plantas en las tasas de deshidratación y las poblaciones microbianas en los biosólidos de aguas residuales, Bioresource Technology. Vol. 97, núm. 18. Diciembre de 2006, pág. 2447-2452
- Bui Xuan, An. The Role of Low-cost Plastic Tube Biodigesters in Integrated Farming Systems in Vietnam. Livestock Feed Resources within Integrated Farming Systems. Pg 277-294.http://www.fao.org/ag/againfo/resources/documents/frg/conf96pdf/an.pdf
- Davenport, T.L. Avocado Flowering, Hort. Reviews 8: 257-289
- Ding Jieyi and Han Yujin. Comparative studies on the effects of fresh pig manure and anaerobically fermented pig manure upon fish farming, 1984 p: 288-296.
- Eaton, Alexander. THE ROLE OF SMALL‐SCALE BIODIGESTERS IN THE ENERGY, HEALTH, AND CLIMATE CHANGE BASELINE IN MEXICO. August, 2009.
- Environmental Protection Agency. 2000. National Water Quality Inventory: Water Quality Assessments. Ch. 2 Rivers and Streams. http://water.epa.gov/lawsregs/guidance/cwa/305b/upload/2002_09_10_305b_2000report_chp2.pdf
- Kean, Sophea and T R Preston. Comparison of biodigester effluent and urea as fertilizer for water spinach vegetable. Livestock Research for Rural Development 13 (6) 2001.
- Kramer, Sasha B.; Reganold, John; Glover, Jerry; Bohannan, Brendan; and Mooney, Harold. Reduced nitrate leaching and enhanced denitrifier activity and efficiency in organically fertilized soils. The National Academy of Sciences of the USA. January, 2006.
- Natural Research Council, 1981. Food, fuel and fertilizer from organic wastes. Report of an ad hoc panel of the Advisory Committee on Technology Innovation, Board on Science and Technology for International Development, National Research Council, Washington, DC.
- NMED, New Mexico Environment Department. Wastewater Systems Certification Study Manual. Surface Water Quality Bureau. November, 2007. http://web.archive.org/web/20130502201459/http://www.nmenv.state.nm.us/swqb/FOT/WastewaterStudyManual/13.pdf
- Preston T R and Rodriguez L. Recent developments in the recycling of livestock excreta; an essential feature of sustainable farming systems in the tropics. 1996. http://www.fao.org/WAICENT/FAOINFO/AGRICULT/AGA/AGAP/FRG/recycle/default.htm
- Rodríguez, Lylian and Preston, T. R. Use of effluent from low-cost plastic biodigesters as fertilizer for duck weed ponds. Livestock Research for Rural Development. Vol 8. No 2. July 1996.
- Rosas I., Baez A., and Coutino M. Bacteriological Quality of Crops Irrigated with Wastewater in the Xochimilco Plots, Mexico City, Mexico. Applied and Environmental Microbiology. American Society for Microbiology. May, 1984, Vol. 47, No. 5. pg. 1074-1079.
- Sawyer, John. Surface Waters: Ammonium is Not Ammonia. Iowa State University,Department of Agronomy. 4/21/2008. http://www.extension.iastate.edu/CropNews/2008/0421JohnSawyer.htm
- Soeurn, Than. Low cost biodigesters in Cambodia. Proc. National Seminar-workshop in sustainable Livestock Prod. on local feed resources. Agric. Pub. House Ho Chi Minh, 1994. pg.109-112.
- Thy, S., Preston TR y Ly, J. Efecto del tiempo de retención en la producción de gas y el valor fertilizante del efluente del biodigestor. Investigación ganadera para el desarrollo rural 15 (7) 2003.
- Yunez-Naude, Antonio. SUBSECTOR DE CULTIVOS BÁSICOS DE MÉXICO: ESTRUCTURA Y COMPETENCIA EN EL MARCO DEL LIBRE COMERCIO. Farm Foundation, Talleres de información sobre sistemas de política agrícola y alimentaria. Serie El cambio estructural como fuente de disputas comerciales en el marco del TLCAN; Actas del 7º Taller de información sobre sistemas de política agrícola y alimentaria - 2001.