Uso de lodos EDAR para agricultura en la Región de Murcia: un caso de estudio

Abstract

El trabajo realizado para esta Tesis Doctoral tiene como objetivo conocer de manera real, qué sucede en nuestros suelos cuando son enmendados con lodos EDAR, en condiciones de clima semiárido, desde un punto de vista agronómico y ambiental. Además, se pretende concienciar sobre la problemática no resuelta en torno a los residuos orgánicos, y en concreto la concerniente a los lodos generados en nuestras EDAR, planteando posibles soluciones para su valorización; la finalidad última será establecer algunos criterios que hagan reflexionar sobre su futuro. La generación de lodos derivados del tratamiento y depuración de aguas residuales urbanas (LODOS EDAR), supone sin duda un problema debido a su continua producción; necesitamos ofrecerles la mejor solución posible desde una perspectiva ambiental, social, y económica, valorizándolos de la manera más acertada. A pesar de que las tecnologías de depuración de aguas van encaminadas a generar menos cantidad de lodos, y con mayor calidad debido a nuevos tratamientos, a día de hoy y en un futuro cercano seguiremos generando grandes cantidades de ellos. Y frente a dicho problema ¿qué podemos hacer con nuestros lodos EDAR? Por fortuna y en buena medida, las leyes ambientales europeas prohíben aspectos tan negativos como su vertido al mar, o su introducción masiva en vertederos (este último aspecto está restringido). En países como España, con una importante agricultura, una posible alternativa es, y seguirá siendo, la valorización agrícola de los lodos mediante su reciclado directo (o después de un tratamiento de estabilización como el compostaje), en los suelos como enmienda o fertilizante orgánico; es la opción más económica y usada actualmente. De esa forma se introducirían en los suelos materia orgánica exógena (carbono orgánico), que, si es de calidad, contribuirá a mantener la fertilidad y productividad de los mismos, cada vez más pobres y degradados, protegiendo así ese importante recurso natural mediante la mejora de muchas de sus propiedades. Los lodos contienen una serie de macronutrientes como nitrógeno (debido a la naturaleza proteica del material), fósforo (nutriente importante para el futuro de nuestros suelos, y uno de los mayores valores añadidos de los lodos), así como otros micronutrientes necesarios para las plantas. Esta valorización permitiría convertir un residuo en un recurso. Sin embargo, no todo es positivo para el reciclaje de lodos en los suelos; pueden contener (por suerte cada vez menos), algunos elementos que podrían afectar a su uso como enmienda o fertilizante de suelos (salinidad elevada, contenido en metales pesados, algunos orgánicos persistentes considerados como contaminantes emergentes, microorganismos patógenos, o incluso su mal olor). En esta Tesis Doctoral se ha propuesto un objetivo basado en llevar a cabo una experimentación de campo con la finalidad de conocer el efecto que sobre el sistema suelo-planta tiene la aplicación de los lodos EDAR, con un manejo acorde con este tipo de práctica en agricultura. El efecto de aplicar lodos EDAR sobre la fertilidad edáfica de los suelos receptores, así como sobre la planta desarrollada sobre ellos en experimentos fuera del laboratorio, es una parte importante de este estudio. Los experimentos se realizan sobre parcelas agrícolas que soportan cultivos de arbolado de almendro y frutal de hueso (nectarina) y cereal aplicando como enmienda orgánica, con capacidad de aportar nutrientes (fuente de nitrógeno y fósforo), lodos EDAR previamente caracterizados y considerados aptos para ello. El sistema de cultivo, así como el plan de fertilización ha sido acorde con el seguido en ese tipo de agricultura. Después de monitorizar diferentes parcelas de ensayo con aplicación de lodos al suelo, se concluye que cuando los lodos EDAR tienen una calidad adecuada (bajo contenido en metales pesados, y habiendo sufrido un tratamiento aceptado para su estabilización), pueden ser reciclados en los suelos agrícolas como enmienda orgánica o fertilizante orgánico, siempre con un adecuado seguimiento de los suelos receptores. Los lodos de depuración influyen favorablemente sobre la fertilidad edáfica de los suelos receptores. Cuando los lodos se adicionan a los suelos, se incrementa en ellos su contenido en carbono orgánico de los suelos, así como de materia orgánica; ello implica que dichos lodos pueden contribuir a incrementar la fertilidad de los suelos donde se aplican. Además, introducen también cantidades apreciables de N y de P, aportando cierto carácter fertilizante. Asimismo, desde un punto de vista bioquímico y microbiológico, también los suelos y su salud se ven beneficiados. Y desde una perspectiva ambiental, si los lodos aplicados tienen la calidad adecuada, no se aprecia contrariedad en lo que respecta a problemas de contaminación por metales pesados, o por algunos orgánicos emergentes. Se considera pues positiva la valorización de lodos en agricultura, mediante su aplicación directa a los suelos, siempre en condiciones controladas. Con este trabajo se concluye que deberíamos garantizar que el reciclado de lodos EDAR en los suelos nunca supondrá riesgo alguno para ningún ecosistema implicado. Para ello, habría que establecer criterios claros que permitan su uso en agricultura con el adecuado control (calidad de lodos, y manejo). Sin embargo, el futuro de aplicación directa de lodos para agricultura puede llegar a ser cada vez más complicado si los niveles de exigencia aumentan; muy posiblemente, el uso directo de lodos mediante su reciclado en el suelo tenga fecha de caducidad, si bien debe quedar abierta la posibilidad de compostarlos de manera adecuada, y usarlos una vez compostados (sin patógenos, con materia orgánica estabilizada, y sin mal olor). Es cierto que se pueden valorizar energéticamente nuestros lodos EDAR mediante procesos de combustión, biometanización, pirolisis, o carbonización hidrotermal, poco viables económicamente en la actualidad. Pero desde una perspectiva ambiental y de futuro, construir materia orgánica en nuestros suelos a partir de la adición a los mismos de lodos con suficiente calidad (frescos o posiblemente compostados, con el adecuado control), debería de considerarse una opción prioritaria, si queremos evitar procesos de desertificación inevitables sobre suelos pobres en materia orgánica. En zonas de clima semiárido, con una agricultura a veces no bien entendida y con suelos con cierto nivel de agotamiento y degradación debido a la exigencia de una agricultura que necesita producir, abogamos por el uso de enmiendas orgánicas de calidad, que permita estrategias sostenibles para una agricultura de futuro. Por ello, en esta Tesis Doctoral se ha realizado un ensayo a nivel de campo, con tres cultivos diferentes (almendro, frutal y cereal), comprobando lo que una aplicación de lodos como aporte exógeno de materia orgánica (y nutrientes), puede aportar a la calidad y salud de los suelos receptores, y a su fertilidad edáfica

The objective of the work carried out for this Doctoral Thesis is to know in a real way what happens to our soils when they are amended with WWTP sludge, in semi-arid climate conditions, from both agronomic and environmental perspectives. In addition, it is intended to raise awareness about the unresolved problem around organic waste, and specifically that concerning the sludge generated in our WWTP, proposing possible solutions for their recovery; the ultimate goal will be to establish some criteria that provoke reflection on their future. The generation of sludge derived from the urban wastewater treatment and purification (SLUDGE WWTP), is undoubtedly a problem due to its continuous production; we need to offer them the best possible solution from an environmental, social, and economic perspective, valuing them in the most appropriate way. Although water purification technologies are aimed at generating less amount of sludge, and with higher quality due to new treatments, we will continue to generate large amounts of it in the near future. And faced with this problem, what can we do with our WWTP sludge? Fortunately and to a large extent, European environmental laws prohibit aspects as negative as their discharge into the sea, or their massive introduction into landfills (the lastter aspect is restricted). In countries like Spain, with significant agriculture, a possible alternative is, and will continue to be, the agricultural recovery of sludge through direct recycling (or after a stabilization treatment like composting), in the soil as an amendment or organic fertilizer. It is the most economical and currently used option. In this way, exogenous organic matter (organic carbon) would be introduced into the soil, which, if it is of quality, will contribute to maintaining their fertility and productivity, which are increasingly poor and degraded, thus protecting this important natural resource by improving of many of its properties. Sludge contains a series of macronutrients such as nitrogen (due to the protein nature of the material), phosphorus (an important nutrient for the future of our soils, and one of the greatest added values of sludge), as well as other micronutrients necessary for plants. This valorization would allow turning a waste into a resource. However, not everything is positive for the recycling of sludge in the soil; they may contain (fortunately, increasingly less), some elements that could affect their use as a soil amendment or fertilizer (high salinity, heavy metal content, some persistent organics considered as emerging contaminants, pathogenic microorganisms, or even their bad smell). In this Doctoral Thesis, an objective based on carrying out field experimentation has been proposed to understand the effect that the application of WWTP sludge has on the soil-plant system, with management in accordance with this type of practice. in agriculture. The effect of applying WWTP sludge on the edaphic fertility of receiving soils, as well as on the plant grown on them, in experiments outside the laboratory, is an important part of this study. The experiments are carried out on agricultural plots that support crops of almond trees and stone fruit (nectarine) and cereal, applying WWTP sludge previously characterized and considered suitable for it, as an organic amendment, with the capacity to provide nutrients (source of nitrogen and phosphorus). The cultivation system, as well as the fertilization plan, has been consistent with that followed in this type of agriculture. After monitoring different test plots with sludge application to the soil, it is concluded that when the WWTP sludge has an adequate quality (low heavy metal content, and having undergone an accepted stabilization treatment), it can be recycled in agricultural soils. as an organic amendment or organic fertilizer, always with adequate monitoring of the receiving soils. Sewage sludge favorably influences the edaphic fertility of receiving soils. When the sludge is added to the soil, their organic carbon content and organic matter increase. This implies that sludge can help to increasing the fertility of the soils where they are applied. Moreover, they also introduce appreciable amounts of N and P, with a certain fertilizing character. Likewise, from a biochemical and microbiological point of view, soils and their health are also benefited. And from an environmental perspective, if the applied sludge is of adequate quality, there is no problem regarding to contamination problems due to heavy metals or some emerging organics. Therefore, sludge valorization in agriculture, through its direct application to the soil, is considered positive. This work concludes that we should ensure that the recycling of WWTP sludge in the soil will never pose any risk to any involved ecosystem. To achieve this, clear criteria should be established that allow its use in agriculture with adequate control (sludge quality and management). However, the future of direct application of sludge for agriculture may become increasingly complicated if the levels of demand increase. Very possibly, the direct use of sludge through soil recycling has an expiration date, although the possibility of adequately composting them and using them once composted (pathogen-free, with stabilized organic matter, and odor-free) should remain open. It is true that our WWTP sludge can be recovered energetically through processes of combustion, biomethanization, pyrolysis, or hydrothermal carbonization, which are not economically viable at present. But from an environmental and future perspective, building organic matter in our soils by adding sludge of sufficient quality (possibly composted) should be considered a priority option if we want to avoid inevitable desertification processes on soils. poor in organic matter. In semi-arid climate zones, with agriculture sometimes not well understood, and soils with a certain level of depletion and degradation due to the demands of an agriculture that needs to produce, we advocate the use of quality organic amendments allowing sustainable strategies. for future agriculture. For this reason, in this Doctoral Thesis a field trial has been carried out at the field level, with three different crops (almond, fruit trees and cereal), verifying what an application of sludge as an exogenous contribution of organic matter (and nutrients), can contribute to the quality and health of the receiving soils, and their edaphic fertility