FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL “APLICACIÓN DEL BOKASHI EN EL MEJORAMIENTO DE LODOS DESHIDRATADOS DEL PROCESO BIORREACTOR DE MEMBRANA (MBR) EN LA EMPRESA ESMERALDA CORP. LIMA” Tesis para optar el título profesional de: INGENIERA AMBIENTAL Presentado por: Arleth Edyra Hualpa Pinto (0000-0001-7529-5921) Asesor: Luis Abraham Gomero Osorio (0000-0002-4739-2094) Lima – Perú 2022 ii DEDICATORIA A mis padres que me apoyaron en toda mi formación profesional y fueron mi soporte en este largo camino, a mi hermano Pedro por haberme apoyado en todo momento, a Álvaro por sus consejos, apoyo y dedicación, a Kristel que desde pequeñas hablamos de este momento y sé que desde el cielo me dio la sabiduría que necesitaba y a Paquito que me acompaño durante todas las amanecidas. iii AGRADECIMIENTOS Al Ing. Luis Gomero por haber estado dispuesto a la asesoría de esta tesis y compartir sus conocimientos en el tema. A la Empresa Esmeralda Corp al área de PTAR y medio ambiente por el financiamiento y el apoyo en todo el proceso metodológico de la tesis, a María Luisa, Lidia, Carlos y Edison. A mi familia y amigos cercanos quienes me dieron sus mayores deseos desde el día uno. iv Índice General I. Planteamiento del problema ............................................................................. 14 II. Marco Teórico .................................................................................................. 15 2.1 Lodo deshidratado ........................................................................................ 15 2.2 Proceso de Biorreactor de Membrana (MBR) ............................................... 17 2.3 Metales pesados en lodos residuales ........................................................... 18 2.4 Métodos de para la obtención de abono orgánico ........................................ 19 2.4.1 Compost convencional .......................................................................... 19 2.4.2 Bokashi .................................................................................................. 20 2.5 Parámetros físicos importantes en el proceso de bokashi ............................ 22 2.5.1 Temperatura .......................................................................................... 22 2.5.1 Volteo .................................................................................................... 24 2.5.2 Espacio de aire libre .............................................................................. 24 2.5.3 Humedad ............................................................................................... 25 2.6 Parametros químicos importantes en el proceso de bokashi ........................ 25 2.6.1 Análisis químico del compost con lodo residual ..................................... 25 2.6.1 pH .......................................................................................................... 26 2.6.2 Conductividad eléctrica .......................................................................... 27 2.6.3 Aireación ............................................................................................... 28 2.6.4 Relación Carbono/Nitrógeno .................................................................. 28 2.6.5 Materia Orgánica ................................................................................... 29 2.6.6 Nutrientes .............................................................................................. 29 2.6.7 Nitrógeno total ....................................................................................... 30 2.6.8 Fósforo total .......................................................................................... 30 2.6.9 Potasio total ........................................................................................... 30 2.7 Índices de calidad del bokashi ...................................................................... 31 2.8 Antecedentes del uso de lodos para producción de abono ........................... 32 2.9 Marco legal ................................................................................................... 34 III. Objetivos .......................................................................................................... 36 3.1 Objetivo general ........................................................................................... 36 3.2 Objetivos específicos .................................................................................... 36 IV. Metodología ..................................................................................................... 36 4.1 Área de estudio ............................................................................................ 36 4.2 Diseño experimental ..................................................................................... 36 v 4.2.1 Variables independientes y dependientes .............................................. 36 4.2.2 Recolección de lodos deshidratados ..................................................... 37 4.2.3 Elaboración del bokashi ......................................................................... 38 4.2.4 Análisis estadísticos .............................................................................. 49 V. Resultados y Discusiones ................................................................................ 50 5.1 Resultados del análisis inicial de lodos deshidratados .................................. 50 5.2 Resultados de los análisis a lo largo del proceso de compostaje .................. 51 5.2.1 Temperatura .......................................................................................... 51 5.2.2 pH .......................................................................................................... 53 5.2.3 Análisis inicial vs final de materia orgánica en las pilas de bokashi ....... 54 5.3 Evaluar el efecto de la aplicación del abono en el mejoramiento de la fertilidad del suelo. ................................................................................................................ 59 5.3.1 Caracterización inicial vs resultado final del suelo agrícola con abono .. 59 5.3.2 Caracterización inicial de metales pesados ........................................... 63 5.3.3 Caracterización final de metales pesados en suelo con abono .............. 63 5.4 Efecto del abono en el crecimiento y desarrollo del maíz .............................. 64 5.4.1 Crecimiento semanal del maíz ............................................................... 64 5.4.2 Número de hojas semanal del maíz ....................................................... 66 5.4.3 Grosor de tallo por tratamiento .............................................................. 67 5.4.4 Interacción de la CE con el crecimiento del maíz ................................... 69 5.4.5 Análisis Foliar de Cadmio ...................................................................... 70 VI. Conclusión ....................................................................................................... 71 VII. RECOMENDACIONES .................................................................................... 72 VIII. Referencias bibliográficas ................................................................................ 73 IX. Abreviaturas ..................................................................................................... 82 X. Anexos ............................................................................................................. 83 A. RESULTADOS DE LABORATORIO ............................................................. 86 B. RESULTADOS ESTADISTICOS .................................................................. 98 vi Índice de Figuras Figura 1. Proceso de elaboración del bokashi ............................................................ 21 Figura 2. Ubicación de pilas de compostaje ............................................................... 39 Figura 3. Distribución al azar de los tratamientos ....................................................... 40 Figura 4. Colocación de la primera capa de paja ....................................................... 42 Figura 5. Capa de afrecho, lodo, estiércol y cal .......................................................... 42 Figura 6. Mezcla de melaza, chica, levadura y agua .................................................. 42 Figura 7. Pila terminada y tapada con plástico ........................................................... 43 Figura 8. Distribución de los materiales en pilas ........................................................ 43 Figura 9. Volteo de pilas de bokashi .......................................................................... 44 Figura 10. Termómetro especial para suelo y multiparámetro .................................... 44 Figura 11. Sacos de abono resultante de cada pila .................................................... 45 Figura 12. Pupas de mosca debajo de las pilas ......................................................... 45 Figura 13. Fumigación debajo de las pilas y pesticida aqua kontrol ........................... 45 Figura 14. Tamizado de suelo agrícola del fundo HECOSAN .................................... 46 Figura 15. Mezcla de suelo agrícola y abono en saco ................................................ 46 Figura 16. Siembra de 5 semillas y elección de tres plantas con mejor perfil ............. 47 Figura 17. Segundo muestreo de bokashi .................................................................. 48 Figura 18. Macetas de bokashi con suelo agrícola ..................................................... 48 Figura 19. Vernier: Instrumento de medición de grosor de tallo ................................. 48 Figura 20. Variación de la temperatura durante el proceso de elaboración del bokashi utilizando el lodo deshidratado .................................................................................... 52 Figura 21. Variación del pH durante el proceso de elaboración del bokashi utilizando el lodo deshidratado. ...................................................................................................... 53 Figura 22. Análisis inicial vs resultado final del pH, conductividad eléctrica y materia orgánica en pilas de Bokashi ...................................................................................... 55 Figura 23. Análisis inicial vs resultado final del Nitrógeno, Fosforo, Potasio, Calcio, Magnesio y Sodio en pilas de Bokashi ........................................................................ 58 vii Figura 24. Análisis inicia vs resultado final de pH, conductividad eléctrica, materia orgánica y Capacidad de Intercambio Catiónico en suelo agrícola con abono ............ 60 Figura 25. Análisis inicial vs resultado final Fósforo y Potasio en suelo agrícola con abono ......................................................................................................................... 62 Figura 26. Análisis de Cadmio inicial vs Cadmio final en suelo con abono ................. 64 Figura 27. Promedio altura de planta en cm por tratamiento ...................................... 65 Figura 28. Promedio número de hojas por tratamiento ............................................... 67 Figura 29. Promedio de grosor de tallo en cm por tratamiento ................................... 67 Figura 30. Interacción C.E en pilas de bokashi vs C.E en el suelo vs altura de planta 70 Figura 31. Análisis foliar de Cadmio ........................................................................... 70 viii Índice de tablas Tabla 1. Clasificación de lodos generados en el tratamiento de aguas residuales ...... 16 Tabla 2. Parámetros de temperatura óptimos para el compostaje .............................. 23 Tabla 3. Relación de las etapas del proceso de compostaje y la temperatura. ........... 24 Tabla 4. Rangos y valores medios en la composición química del compost ............... 25 Tabla 5. Parámetros de pH óptimos para el compostaje ............................................ 26 Tabla 6. Suelos salinos según la conductividad electrica ………………………………. Tabla 7. Especificaciones referenciales de la calidad del bokashi .............................. 31 Tabla 8. Parámetros de toxicidad química, manejo y conservación de muestras de sólidos biológicos, según procedimientos de monitoreo ………………………………….38 Tabla 9. Proporciones de los materiales utilizados en los 3 tratamientos y control de las composteras ............................................................................................................... 39 Tabla 10. Composición básica del Bokashi para el control y tratamientos. ................. 41 Tabla 11. Resultados iniciales de los Parámetros de toxicidad química e higienización de lodos deshidratados ............................................................................................... 50 Tabla 12. Caracterización de lodo residual de PTAR Esmeralda Corp ....................... 51 Tabla 13. Resultados iniciales de metales pesados en el suelo agricola con abono…..66 ix Índice de Anexos Anexo 1. Carta de autorización de uso de información de empresa……………..…….84 Anexo 2. Matriz de consistencia de la investigación……………………………….….....85 Anexo 3. Tabla de operacionalización de variables…………………………………..…..86 A. RESULTADOS DE LABORATORIO Anexo 1-A. Análisis inicial de lodo deshidratado ........................................................ 86 Anexo 2-A. Análisis inicial de materia orgánica, conductividad eléctrica, potasio, fosforo y magnesio ................................................................................................................. 89 Anexo 3-A. Análisis final de materia orgánica, conductividad eléctrica, potasio, fosforo y magnesio ................................................................................................................. 90 Anexo 4-A. Análisis inicial de suelo agrícola con abono ............................................. 91 Anexo 5-A. Caracterización suelo agrícola del Fundo HECOSAN ............................. 92 Anexo 6-A. Análisis final de suelo agrícola con abono ............................................... 93 Anexo 7- A. Análisis iniciales de Metales Pesados Plomo, Cadmio y Cromo ............. 95 Anexo 8-A. Análisis inicial de Cadmio del suelo agrícola del fundo HECOSAN ......... 96 Anexo 9- A. Análisis de Cadmio final en suelo con abono ......................................... 97 Anexo 10-A. Análisis especial foliar Cadmio en maíz ................................................. 98 B. RESULTADOS ESTADISTICOS Anexo. 1-B. Test de Tukey de pH en pilas de bokashi ................................................ 98 Anexo. 2-B ANOVA del pH, conductividad eléctrica y materia orgánica de las pilas de bokashi ....................................................................................................................... 99 Anexo. 3-B. Test de Tukey para CE en pilas de bokashi ............................................ 99 Anexo. 4-B.Test de Tukey para MO en pilas de bokashi ............................................. 99 Anexo. 5-B. ANOVA del contenido de los macroelementos Nitrógeno, Fosforo y Potasio y de los mesoelementos Calcio, Magnesio y Sodio en pilas de bokashi ................... 100 Anexo. 6-B. Test de Tukey para Nitrógeno en pilas de bokashi ................................ 101 Anexo. 7-B. Test de Tukey para Fosforo en pilas de bokashi ................................... 101 x Anexo. 8-B. Test de Tukey para Potasio en pilas de bokashi .................................... 101 Anexo. 9-B. Test de Tukey para Calcio en pilas de bokashi ...................................... 101 Anexo. 10-B. Test de Tukey para Magnesio en pilas de bokashi .............................. 102 Anexo. 11-B. Test de Tukey para Sodio en pilas de bokashi .................................... 102 Anexo. 12-B. Test de Tukey para Calcio en suelo agrícola con abono ..................... 102 Anexo. 13-B. ANOVA del pH, CE y materia orgánica en suelo con abono ................ 103 Anexo. 14-B. Test de Tukey de conductividad eléctrica en suelo con abono ............ 103 Anexo. 15-B. Test de Tukey de materia orgánica en suelo con abono ...................... 104 Anexo. 16-B. Test de Tukey para pH en suelo agrícola con abono ........................... 104 Anexo. 17-B. ANOVA de fosforo y potasio en el suelo con abono ............................ 104 Anexo. 18-B.Test de Tukey para Fosforo en suelo con abono .................................. 105 Anexo. 19-B. Test de Tukey para Potasio en suelo con abono ................................. 105 Anexo. 20-B. ANOVA del contenido del metal pesado cadmio en el suelo con abono ................................................................................................................................. 105 Anexo. 21-B. Correlación de Pearson Cadmio y altura de planta .............................. 106 Anexo. 22-B. ANOVA de altura del maíz en centímetros .......................................... 106 Anexo. 23-B. Test de Tukey para altura de planta en centímetros ............................ 107 Anexo. 24-B. Test de Tukey para número de hojas de maíz ..................................... 107 Anexo. 25-B. Test de tukey para grosor de tallo ....................................................... 107 xi Resumen El objetivo del presente estudio fue determinar si la aplicación de la técnica del Bokashi en el tratamiento del lodo generado por la empresa Esmeralda Corp mejora su calidad como abono, teniendo en cuenta que el aprovechamiento de lodos residuales es una práctica poco común en el país debido al mal manejo que se realiza y por el hecho que no se le da un valor económico. El experimento consideró un control y tres tratamientos, con tres repeticiones respectivamente, adicionándose lodo al 27%, lodo al 37% y lodo al 47% en el momento de la preparación del bokashi, el cual duró 39 días y se evaluó: pH, conductividad eléctrica (CE), materia orgánica (MO), nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg) y sodio (Na). Posteriormente se evaluó el efecto de la aplicación del abono bokashi en el suelo con una relación de 2% abono para 6 kg de suelo, que se comparó a un control de suelo agrícola y bokashi con relación a los tres tratamientos y se evaluó: pH, CE, MO, capacidad de intercambio catiónico (CIC), P y K, dando como resultado diferencias significativas en los parámetros de conductividad eléctrica El análisis de metales pesados inicial indicó que la presencia de cadmio (Cd) estaba por encima de lo permitido para suelo agrícola según el ECA suelo (1.4 ppm) en el T1 (1.76 ppm), T2 (1.90 ppm) y T3 (1.98 ppm), por lo que se monitoreó al final de la investigación dando como resultado una reducción en los tratamientos T1 (1.41 ppm), T2 (1.32 ppm) y T3 (1.43 ppm) valores que se encuentran en el límite permitido. Se concluye que no existen diferencias significativas entre los tratamientos de lodo al 23%, 37% y 47% en el crecimiento y desarrollo del maíz debido a la alta conductividad eléctrica del estiércol utilizado. Palabras claves: biosólido, conductividad eléctrica, estiércol, cadmio, abono. xii Abstract The objective of this study was to determine the effect of the Bokashi technique in the treatment of the sludge generated by the company Esmeralda Corp to improve its quality as fertilizer, considering that the reuse of residual sludge is an uncommon practice in the country due to the bad handling that is carried out and for the fact that it is not given an economic value. The experiment considered a control and three treatments, with three repetitions respectively, adding sludge at 27%, sludge at 37% and sludge at 47% at the time of preparation of the bokashi, which lasted 39 days and was evaluated: pH, conductivity electricity (CE), organic matter (MO), nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg) and sodium (Na). Subsequently, the effect of the application of the bokashi fertilizer on the soil was evaluated with a ratio of 2% fertilizer for 6 kg of soil, which was compared to a control of agricultural soil and bokashi in relation to the three treatments and evaluated: pH, CE, MO, cation exchange capacity (CEC), P and K, resulting in significant differences in electrical conductivity parameters The initial heavy metal analysis indicated that the presence of cadmium (Cd) was above what is allowed for agricultural soil according to the soil ECA (1.4 ppm) in T1 (1.76 ppm), T2 (1.90 ppm) and T3 ( 1.98 ppm), so it was monitored at the end of the investigation, resulting in a reduction in treatments T1 (1.41 ppm), T2 (1.32 ppm) and T3 (1.43 ppm), values that are within the permitted limit. It is concluded that there are no significant differences between the sludge treatments at 23%, 37% and 47% in the growth and development of corn due to the high electrical conductivity of the manure used. Key words: dewatered sludge, electrical conductivity, manure, Cadmium, fertilizer. xiii I. Planteamiento del problema El aprovechamiento de lodos residuales provenientes de PTAR de origen industrial es muy poco común en el país. En los últimos años ha sido un tema escaso de investigación, por lo que este trabajo propone obtener un producto con valor agregado a partir de la utilización de un residuo de la industria alimentaria que normalmente es desechado. Actualmente la PTAR de Esmeralda Corp trata efluentes agroindustriales, hidrobiológicos, domésticos y cárnicos que forman el 17.2%, 45.7%, 11.4% y 25.7% respectivamente. Actualmente, los lodos activados son un problema que contribuye a la contaminación ambiental, ya que no son desechados adecuadamente, se convierten en parte de la contaminación ambiental, ya que la forma más común de tratamiento es la incineración o el almacenamiento en un vertedero adecuado. Una alternativa de reúso es a través del compostaje el cual suele tener un tiempo de degradación de seis meses; en cambio, en esta investigación se introduce a la técnica del bokashi que consiste en incorporar al suelo materia orgánica y nutrientes esenciales a través de sus componentes como melaza, afrecho, levadura, chicha y cal, este proceso suele durar 30 días. Usar los lodos activados por medio de compostaje también tendría un impacto social, ya que no será necesaria la incineración para su desecho y se eliminarán los costos asociados a su disposición final mediante una empresa operadora de servicios -con un promedio de desechos de 300 kg/día, la empresa tiene que costear 360 soles díarios- (Petramas. 2016). En cambio, los materiales usados para generar compost usando la técnica de bokashi son fáciles de conseguir y el costo aproximado por cada kg de bokashi es de $/ 0.125 dólares- costo realizado por el Ministerio de Agricultura y Ganadería de El Salvador (FAO; Ministerio de Agricultura y Ganadería, 2011). En consecuencia, la alternativa más eficaz para aprovechar el residuo es mediante una fuente de abono que fácilmente podría ser utilizada en la agricultura. 13 El lodo procesado se puede utilizar de acuerdo con el DS N°015-2017-VIVIENDA como preparación de suelos en agricultura y/o mejoramiento de suelos. También puede aplicarse en viveros, como acondicionamiento de suelos para la agricultura, mejoramiento de suelos y áreas verdes. Para garantizar dicho uso, se tiene cumplir los parámetros de toxicidad e higienización. La presente investigación trata de utilizar un residuo sólido que podría ser aprovechado obteniendo beneficios económicos para los generadores; por tanto, el objetivo de este trabajo fue determinar el mejoramiento de lodos deshidratados por la técnica bokashi para su uso como fertilizante de calidad mediante el aprovechamiento de este biosólido para uso agrícola. II. Marco Teórico 2.1 Lodo deshidratado Las aguas residuales tienen dos componentes: aguas residuales líquidas y sólidas. Hay dos formas de tratar las aguas residuales, la primera es usando un estanque, para que el agua se asiente y todos los sólidos se depositen en el fondo, que luego se trata con productos químicos. La segunda vía utiliza poblaciones bacterianas con el propósito de descomponer la materia orgánica, también se le conoce como tratamiento de lodos activados, con microorganismos provenientes de aguas residuales. Dentro de los pasos básicos del tratamiento de las aguas residuales se encuentran: tratamiento previo mediante captura de grandes objetos, sedimentación o deposición primaria de las partículas sólidas y contaminantes; tratamiento secundario o biodegradación, realizado con lodos activados o filtros percoladores para promover el crecimiento microbiano (Reynolds, 2002). Las propiedades de los lodos activado dependen del proceso inicial al que fueron sometidos y del tipo de tratamiento que hayan recibido (primario o secundario). También 15 la masa y el volumen dependen del proceso de su fabricación (Limón, 2013). En la tabla 1 se presentan los diferentes parámetros según la composición de los tres lodos generados por este tratamiento. Tabla 1. Clasificación de lodos generados en el tratamiento de aguas residuales Lodo Lodo primario Lodo secundario Parámetros digerido (sin adición química) (licor de mezcla) (mezcla) pH 5.5-6.5 6.5-7.5 6.8-7.6 Porcentaje de Agua 92-96 97.5-98.0 94-97 SSV (%SS) 70-80 80-90 55-65 Grasas (%SS) 12-14 3-5 4-12 Proteínas (%SS) 4-14 20-30 10-20 Carbohidratos (%SS) 8-10 6-8 5-8 Nitrógeno (%SS) 2-5 -6 3-7 Fósforo (%SS) 0.5-1.5 1.5-2.5 0.5-1.5 Bacterias patógenas 103-105 100-1000 10-100 (NMP/100 ml) Metales pesados 0.2-2.0 0.2-2.0 0.2-2.0 (Zn, Cu, Pb) (%) Nota. SSV: Sólidos Suspendidos Volátiles, NMP: Numero Más Probable, SS: sólidos suspendidos. Fuente: Adaptado de “Depuración de aguas residuales”. Madrid, España: Colegio de Ingenieros Caminos, Canales y Puertos, /1990). La deshidratación de lodos consta en minimizar la mayor cantidad de agua que se encuentre en el material el tratamiento busca estabilizar la materia orgánica disuelta; por lo tanto, es importante la deshidratación preliminar ya que puede reducir costos asociados al tratamiento (Donado, 2013). Existen muchos métodos de deshidratación, que dependen de la disponibilidad de terreno, las características de los lodos y los costos; entre las opciones de filtración tenemos: • Centrifugación: la gran parte de equipos son del tipo carcasa sólida que se alimenta del lodo activado y se acondiciona en el centro de la carcasa y es agitado rápidamente. Los sólidos se colocan dentro de la centrífuga y los sólidos 16 son proyectados a la orilla exterior donde posteriormente son transportados por un raspador (Donado, 2013). • Filtración al vacío: consiste en un tanque de lodos donde se sumerge un tambor o cilindro cubierto con una tela de fieltro que gira a determinadas revoluciones por min y en cuyo interior se realiza el vacío de varias maneras. Los sólidos son del 20-25% y el filtro rinde 30 kg aproximadamente por m2/h (Moretón, 2008). En el estudio realizado por Limón (2013), se concluyó que la estabilización de lodos es un proceso ventajoso puesto que reducía el volumen mediante la deshidratación, minimizaba lo malos olores, la presencia de patógenos y la atracción de vectores. La estabilización de consiguió mediante digestión aeróbica, anaeróbica, adición de cal y compostaje. 2.2 Proceso de Biorreactor de Membrana (MBR) El lodo utilizado en el estudio proviene de un Biorreactor de Membrana (MBR), que puede absorber diferencias y fluctuaciones en las cargas orgánica e hidráulica del sistema (Caro, 2012). Debido a la capacidad de retener bacterias y virus cuando se utiliza la ultrafiltración, se logra una salida de aguas residuales casi estéril y de alta calidad independientemente de la calidad de las aguas residuales (Galvis y Romero, 2017). Así, se elimina la necesidad de realizar otros procedimientos más costosos como la desinfección adicional; por lo tanto, también se elimina el riesgo asociado con los subproductos de la esterilización (Cicek, 1998). Esa tecnología propone reutilizar el efluente de aguas residuales obtenidas por ultrafiltración (paso por poros de 0,005 a 0,100 um) puesto que no contendrían bacterias, virus, coloides y sólidos. (Caro, 2012). Por lo tanto, el producto puede reutilizarse según un uso específico o puede colocarse en ósmosis o diálisis inversas electrolítica. Para equipos de deshidratación de lodos, utilizar una centrífuga o decantador, con un rotor que gire a alta velocidad, acelerado por fuerza centrífuga al decantar o decantar las fases; es decir, fase sólida y fase líquida por densidad. Esta centrífuga tiene un tubo 17 estacionario dentro de un eje que está conectado a la hélice de un transportador helicoidal giratorio a través del cual se alimenta. Luego es acelerado por las ranuras de alimentación. Una vez dentro, las fuerzas centrífugas descritas fuerzan a los sólidos pesados, se sedimentan y la fase líquida llena el vacío y se vierte (DLC S.A, 2016). 2.3 Metales pesados en lodos residuales Dentro de metales pesados existentes, determinados corresponden a micronutrientes fundamentales para las plantas, como el Cobre (Cu) y el Zinc (Zn), mientras que otros como el Cadmio (Cd), Plomo (Pb), Cobre (Cr) o Mercurio (Hg), no lo son y tienen la posibilidad de ser tóxicos desde una cierta concentración para cualquier elemento de la cadena trófica suelo-planta-animal-hombre (Galán 2008). Si los lodos son utilizados para abono puede ocurrir un acopio de metales pesados en fruto, hojas y tallo (Cabezas, et al, 2004). Algunos de los metales más problemáticos son Cd, Ni, Cu, y Zn debido al resultado negativo sobre el metabolismo y la fisiología de la planta, como una reducción en la actividad nitrogenasa y fosfatasa, baja en la respiración mitocondrial (Naya, 2007). Dichos metales pueden ser incorporados al suelo por medio de los residuos orgánicos, en especial a través de los lodos residuales (Wallace, 1977). Un estudio realizado por Chicón (2009) demuestra el contenido metálico de los lodos residuales de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) en Málaga (España), en el que se puede observar la presencia de Cd con 3.28 mg/kg, Cu 250 mg/kg, Ni 125 mg/kg, Pb 365.7 mg/kg y Zn 864.9 mg/kg. Asimismo, un estudio realizado por Hernández et al. (2017) en una PTAR en Tenerife (España) nos indica los niveles de metales detectados fueron 26.44 mg/kg para Pb, 544.01 mg/kg para Zn, 24.1 mg/kg para Cr, 37.05 mg/kg para Cu y 8.04 mg/kg para Ni. 18 2.4 Métodos de para la obtención de abono orgánico Los lodos deshidratados se pueden utilizar para el compostaje tradicional, que se practica desde mediados de la década de 1970, además, son una alternativa económica y ecológica, útiles en la estabilización y evaluación final. Durante el compostaje, la materia orgánica se descompone, alcanzando temperaturas entre 50 y 70 °C, matando a los patógenos intestinales (Metcalf y Eddy, 1995). 2.4.1 Compost convencional Esta forma de compostaje utiliza diversos tipos de residuos y considera diversos procesos como la estabilización, reducción del volumen e inactivación térmica de patógenos. La estabilización permite crear un ingrediente inocuo, no fermentable, inodoro, repelente de plagas, que sea fuente de nutrientes útiles para agricultura, materia orgánica para la enmienda del suelo y un elemento disuasorio de plagas de plantas (Sundberg, 2005). Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación (FAO), el compostaje ofrece el potencial de cambiar las propiedades de los desechos orgánicos en los insumos agrícolas a través de la descomposición aeróbica, lo que mejora la estructura del suelo y proporciona nutrientes. Entre las ventajas del compost se encuentran facilitar la aglomeración en el suelo, permitiendo una adecuada aireación y humedad, pudiendo actuar como fungicida o bactericida en muchos casos (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural) Medio Ambiente y Medio Rural y Marineros, 201 ). Este proceso implica una serie de pasos que deben cumplirse para que el producto, es decir, el fertilizante, se considere de calidad y se deben tener en cuenta ciertos riesgos: toxicidad para las plantas relacionada con el contenido de nitrógeno, en forma de amonio y generalmente tóxico, teniendo en cuenta que la relación carbono/nitrógeno sea adecuada, el contenido de oxígeno en las raíces y el exceso de nitrato y amonio en la planta (Román et al., 2013). Lozada et al. (2005) compostaron con lodo residual, cachaza y desechos orgánicos en dos proporciones de 20:80 y 0:60 en comparación con lodo durante cuatro meses, 19 demostrando la capacidad de usar lodo para hacer compost y reduciendo el peso inicial del lodo en un 70 %. Por otro lado, Acosta et al. (2012) estudiaron el compostaje con lodos residuales constituidos por estiércol de cabra y residuos de aloe vera, indicando que los lodos residuales urbanos son un ingrediente que se puede adicionar al suelo para enriquecer sus propiedades fisicoquímicas y con ello aumentar la fertilidad y el rendimiento. 2.4.2 Bokashi Es un fertilizante orgánico producido por la fermentación de materiales orgánicos. Su nombre, de origen japonés, significa "materia orgánica fermentada. Con abundantes nutrientes, es usado para fertilizar rápidamente con efecto comparable con fertilizantes comerciales como un fertilizante de acción rápida que se puede comparar con los fertilizantes artificiales como NPK (nitrógeno, fósforo y potasio) (Ramos, Terry, Soto y Cabrera, 2014). Este elemento ha sido usado tradicionalmente por agricultores japoneses (FAO, 2011). El proceso se lleva a cabo mediante la fermentación de materiales orgánicos al aire libre o en un estado cerrado. La investigación de Restrejo (1996) expresa la preparación del abono tipo bokashi el cual se ve fundamentado mediante la degradación aeróbica de residuos orgánicos y temperaturas controladas, mediante poblaciones de microorganismos presentes en el resultado, el cual es un material parcialmente descompuesto (Figura 1). 20 Figura 1. Proceso de elaboración del bokashi Nota: Adaptado de Brechelt, A. (2004, agosto). Preparación del bokashi [Ilustración]. Los materiales para utilizar en la técnica del bokashi pueden ser locales, por lo que varía según la materia prima disponible en la región (De Luna y Vázquez, 2009, como se citó en Ramos, 2014). Para fermentar los ingredientes orgánicos del bokashi, se requieren ingredientes especialmente seleccionados (salvado de arroz, salvado de trigo, harina de pescado, otros), así como desechos orgánicos (FAO, 2011). Esta técnica fue desarrollada en Japón por el profesor Teruo Higa, académico japonés, ha perfeccionado esta técnica tradicional y ha estudiado la tecnología de los microorganismos benéficos con el objetivo de optimizar las propiedades del suelo y con ello eliminar la putrefacción microbiana, aumentando la eficiencia en el aprovechamiento de la materia orgánica de los cultivos. Entonces, bokashi es fertilizante orgánico fermentado con EM (EMPROTEC, 2012). Brechelt (2004) señala que el bokashi es un abono orgánico fermentado que, si es comparado con el compostaje convencional, esta técnica pasa por una descomposición acelerada; por lo que, se obtiene más rápido un resultado final. 21 El estudio realizado por Ancco (2014) utiliza la técnica del bokashi con lodo residual de una laguna de oxidación y el abono resultante lo utilizó en la producción del gladiolo, dando como resultado que el tratamiento 16: Gladiolo variedad Duran + 60 ml de Microorganismos Eficaces activados (EMa) por 1 L de agua + 25% lodo residual tratado presentó una mayor cantidad de flores. 2.5 Parámetros físicos importantes en el proceso de bokashi 2.5.1 Temperatura Hay que tener en cuenta que el material se amontonará; por lo tanto, bajo las condiciones adecuadas, la actividad microbiana comenzará sin problemas. Inicialmente, todos los ingredientes involucrados están a la misma temperatura, pero para que los microorganismos crezcan, se debe aumentar la temperatura. Este es el factor que es específico para la actividad microbiana, pues su control es fundamental para tener un compostaje adecuado (Liang y McClendon 2003; Miyatake e Iwabuchi, 2006). Pasada 14 horas, si se tiene con una mezcla, la temperatura podría estar en 50 °C, esta temperatura podría incrementarse hasta 70 °C para enfriar se realizan volteos periódicos; porque muchos microorganismos benéficos no crecen a esta temperatura (Picado y Añasco, 2005). Cuando se habla de temperaturas ideales, se debe tener en cuenta que la actividad es generalmente mayor y más eficiente para los microorganismos termófilos de 15 a 0 °C y para los termófilos de 0 a 70 °C (Suler y Finstein, 1977). La variación de temperatura es muy importante en este proceso, ya que, si hay un cambio en este factor, las actividades más afectadas serán la actividad microbiana relacionada con la diferencia en términos de pH, relación C/N y humedad, (Bueno, Díaz y Cabrera, 2015) (Tabla 2). 22 Tabla 2. Parámetros de temperatura óptimos para el compostaje 23 Nota: de Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura - FAO (2013). En la Tabla 3 se observa la relación de las etapas del proceso de compostaje con las temperaturas que se logran alcanzar. Tabla 3. Relación de las etapas del proceso de compostaje y la temperatura. Fase Etapa Temperatura (ºC) Descomposición Etapa mesofílica 20-45 Primera etapa termofílica 45-65 Segunda etapa termofílica 65-75 Etapa de enfriamiento 45-75 Maduración Etapa de maduración 25-46 Nota: adaptado de Silva V., J. P., López M., P., y Valencia A., P. (s.f.). “Recuperación de nutrientes en fase sólida a través del compostaje”. Universidad del Valle - Facultad de Ingeniería. Cali - Colombia. 2.5.1 Volteo Este proceso solo es necesario para la técnica del bokashi, por lo que es importante que cuando se cree el compost, se voltee o se mezcle manualmente. La frecuencia está relacionada con el contenido de humedad, el tipo de material y la facilidad de proceso deseada (Emison, 2009). El propósito de esta curva es nivelar la mezcla y la temperatura ayuda a eliminar el exceso de calor, monitorear la humedad y controlar el aumento de la porosidad de la pila para contribuir a una mejor ventilación. Al final, con cada revolución, la temperatura alcanza un rango de 5 o 10°C, luego aumenta a lo largo del proceso. 2.5.2 Espacio de aire libre El compost contiene humedad en el agua y esta concentración no debe ser mayor que el volumen total de los poros del bloque porque si esto sucede, se impedirá la circulación de oxígeno, creando condiciones anaeróbicas (Bueno et al., 2015) 24 2.5.3 Humedad Este parámetro está muy relacionado con los microorganismos, puesto que por este medio se garantiza el pasaje, a través de la membrana celular, de elementos energéticos y nutrientes. Cuando la humedad es menor a este porcentaje, la actividad microbiana disminuye; por lo contrario, si sobrepasa el 60%, se saturarán los poros y la oxidación se afectará (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2013). Si la humedad es abundante, se puede minimizar aumentando la aireación (Haug, 1993). Por lo tanto, es importante controlar la humedad y una ventilación adecuada, ya que debe ser un proceso de equilibrio entre los poros de partículas de diferentes tamaños, que pueden estar llenos de aire o agua. El contenido de humedad óptimo para la paja de arroz varía entre 75 y 85 %, para astillas de madera es de 75 a 90 % y finalmente para residuos sólidos urbanos es de 50 a 55 % (Haug, 1993). 2.6 Parametros químicos importantes en el proceso de bokashi 2.6.1 Análisis químico del compost con lodo residual La composición química del compost varía dependiendo del material orgánico que se emplee. Asimismo, por ser un producto natural, esta composición no es constante, Acosta (2012) reporta valores para diversos parámetros para el compostaje con lodos residuales (Tabla 4) Tabla 4. Rangos y valores medios en la composición química del compost con lodos residuales Parámetros Fisicoquímico Valores Nitrógeno total (%) 1.0-3.0 NH +4 (%) 7.81-8.85 Relación C/N 16-19 pH 7.9 Carbono (%) 29-38 Cd (mg/kg) 3.88-4.32 Pb (mg/kg) 71.71-80.49 Zn (mg/kg) 1072.53-1267.47 25 Co (mg/kg) 59.82-68.18 Fe (mg/kg) 1254.9 Cu (mg/kg) 165.6-186.4 Nota: adaptado de “Cambios en las propiedades fisicoquímicas en el proceso de compostaje de lodos residuales” por Acosta, Y., Zarraga, A., Rodtriguez, L. y Zauahre, M. ,2012 2.6.1 pH Actúa directamente en este proceso, esto se debe al efecto sobre el proceso microbiano y su dinámica. Esta variable es muy utilizada para estudiar la evolución del proceso de compostaje, que baja el pH (Pinto y Mayorga, 2015). (Tabla 5). Tabla 5. Parámetros de pH óptimos para el compostaje pH Causas asociadas Soluciones Se debe incrementar el material Ácidos alto en El resultado del uso de frutas, restos de orgánicos nitrógeno < 4.5 cocina y/o vegetales es la acidificación del en para medio. abundancia obtener una óptima relación C:N. 4.5-8.5 Rango ideal Se adiciona material seco con El material de origen consta de un exceso gran Abundancia de nitrógeno, el cual, en relación con la contenido > 8.5 de humedad y temperaturas altas, causa de carbono: nitrógeno alcalinización del medio debido a la hojas producción de amonio. secas, aserrín, rastrojo. Nota: Adaptado de Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura , 2013 El pH dependerá del material de origen, puede variar de ,5 a 8,5 en cada etapa del proceso. Este factor es crucial para la supervivencia de microorganismos y grupos con 26 pH óptimo para su reproducción y crecimiento. Cabe señalar que a un pH de 6,0-7,5 hay un aumento de la actividad bacteriana, en el rango de 5,5-8,0 se realiza la mayor actividad fúngica; por lo que el rango ideal es de 5,8 a 7,2. (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2013). El pH en lodos residuales varía de acuerdo el material de origen y el tipo de tratamiento que tenga: según Mancipe y Triviño (2018), el pH oscila entre 6.9-7.2, mientras que Velazquez et al. (2019) afirman que el pH del lodo residual de una PTAR es de 6.94. 2.6.2 Conductividad eléctrica El parámetro posibilita valorar la suma de sales existentes en el extracto de saturación de suelo a través de un instrumento llamado conductómetro para obtener una estimación que está directamente relacionada con la humedad del área a estudiar (Ramirez, 2016). La Tabla 6 muestra los valores de los suelos salinos según la conductividad eléctrica. Tabla 6. Suelos salinos según la conductividad eléctrica Clasificación CE (dS/m a 25 °C) No salino 0-2 Ligeramente salino 2-4 Moderadamente salino 4-8 Fuertemente salino 8-16 Extremadamente salino > 16 Nota de: Adaptado de “Suelos salinos y sódico”, por Flores, 1991. La conductividad tiende a aumentar la mineralización orgánica en función de la mineralización orgánica, lo que aumenta la aglomeración de nutrientes. En algunos casos se produce una disminución de la CE durante este proceso, debido a la lixiviación en la masa, producida por el sobremojado de la misma. (Bueno et al., 2015) (Tabla 6). 27 Los lodos residuales tienen una conductividad eléctrica que oscila entre 1.32 a 4.32 mS/cm (Arévalo, 2016). Un estudio realizado por la Universidad Nacional de Cuyo (2018) demuestra que la conductividad eléctrica del lodo residual de una PTAR es de 2.08 dS/m, mientras que Bermúdez (1997) indica que el rango promedio de CE para una PTAR es de 0.8 a 11 dS/m y Felipo (1994) afirma que la media de CE para lodos residuales es de 3.87 dS/m. 2.6.3 Aireación A medida que avanza el proceso de compostaje, es importante confirmar la existencia de oxígeno porque los microorganismos que lo componen son bacterias aeróbicas. Las pilas de compost tienen un porcentaje variable de oxígeno en su espacio libre: según su tamaño, la parte más externa tiene 18-20 ° casi oxígeno del aire, mientras que el interior de la pila contiene oxígeno reducido, por otro lado, dióxido de carbono (CO2). Aumenta hasta alcanzar una profundidad superior a 60 cm, con un porcentaje de oxígeno entre 0,5 y 2,0% (Ekinci et al., 2004). 2.6.4 Relación Carbono/Nitrógeno Esta relación varía según el material de partida utilizado y ocurre numéricamente cuando el contenido total de carbono se divide por el contenido total de nitrógeno de la materia prima utilizada en el proceso (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación Naciones Unidas, 2013). Este factor afecta directamente la reducción de amonio y la velocidad del proceso; entonces, si esta relación es mayor a 40, muestra que la bioactividad está disminuyendo y cuando hay un exceso de carbono, los microorganismos se oxidarán, haciendo que el proceso se ralentice, ya que hay muy poco N para hacer. Síntesis de proteínas en microorganismos. Cuando mueren, se reutiliza el nitrógeno que almacenan en la biomasa. Además, cuando la relación es muy baja, el compostaje se realizará 28 rápidamente, pero el exceso de N quedará en forma de amoníaco y provocará una autocorrección de la relación C/N (Bueno, Díaz y Cabrera). , 2015 ). 2.6.5 Materia Orgánica Está representado por cualquier tipo de materia orgánica vegetal y animal utilizable. Es importante mezclar materiales viejos y resistentes, difíciles de descomponer, como los residuos de cultivos, con materiales jóvenes fácilmente degradables, como frutas, cortezas y hojas tiernas (Inckel, 2002). Es fundamental comprender el nivel de materia orgánica presente en el compost, ya que es el factor más importante para determinar su calidad agronómica (Kiehl, 1985). Este proceso implica una gran pérdida de carbono en forma de CO2, debido a la mineralización, que supone el 20% del peso de la masa recocida (Zucconi, 1987). Los microorganismos utilizan otros compuestos de la materia orgánica para fabricar tejidos, y el resto se metaboliza metabolizando CO2 y agua. Estos materiales tienen características que los diferencian de los materiales originales (Haug, 1993). Por lo tanto, la tasa de transformación microbiana es esencial desde el punto de vista físico y químico. (Michel et al., 2004). 2.6.6 Nutrientes La composición del sustrato está dada por grupos de carbono (C), nitrógeno (N) y fósforo (P), que también se denominan macronutrientes básicos. El carbono es necesario para la síntesis celular, producción de energía y CO2 en el metabolismo por oxidación. Proporcionalmente, constituye la mitad del total de las células de los microorganismos y el CO2, la cuarta parte. Por otro lado, el nitrógeno es necesario para los procesos de reproducción celular (el nitrógeno no tiene naturaleza protéica); al respecto, Bueno indica que el contenido de N está relacionado con la calidad del compost. Finalmente, 29 el fósforo (F) es importante para producir compuestos celulares ricos en energía, importantes para la transformación bacteriana (Bueno et al., 2015). 2.6.7 Nitrógeno total La materia orgánica prima varía el contenido total de nitrógeno, así mismo, los requisitos del proceso como maduración y almacenaje también cambian (FAO, 2011). Durante el lapso del proceso de compostaje, la concentración del nitrógeno (N) reduce con la volatilización del amoníaco, sin embargo, cuando logra captarse este se transforma e incorpora en microorganismos, por lo que muestran pérdidas relevantes de este componente gracias a la velocidad y magnitud de procesos bioquímicos en los primeros días de descomposición (Montalvo, 2018). Cuando se produce la fermentación aerobia correcta no se pierde más del 20% de la proporción de nitrógeno (N) de inicial (Sztern y Pravia 2010). La abundancia de un nutriente puede resultar en el incremento bacteriano y apresurar la descomposición de materia orgánica, en cambio, si existiera una carencia de nitrógeno (N) durante el proceso produciría un imperfecto incremento del cultivo microbiano (Dios, 2008). 2.6.8 Fósforo total La maduración de flores, semillas y frutos en las plantas depende primordialmente de el fósforo (P), es por esa razón que este factor es primordial en el compostaje, debido a las ventajas que logre dar a la planta al instante de administrarlo. La relación de fosforo en el compost varía entre 0.3-3.5% bajo la forma de óxido fosfórico (P2O5) y es dependiente del tipo de materiales que fueron usados en el proceso (Mendoza, 2012). 2.6.9 Potasio total El crecimiento de las plantas también es dependiente del potasio (K), ya que interviene en el crecimiento de raíces y tallos, semillas, frutos y hojas de plantas muy grandes, agregando fuerza contra las plagas que buscan atacar, por lo que contribuye al 30 transporte de otros nutrientes cerca de la planta, por lo que este elemento es requerido en el compost. (Chunga, 2014). 2.7 Índices de calidad del bokashi El bokashi, como resultado final, tiene la obligación de cumplir estándares de calidad total que garanticen la protección del medio ambiente y la salud pública. Estos se miden con parámetros físicos, químicos y microbiológicos. La Tabla 7 se muestra el rango permisible de los parámetros químicos y físicos más típicos del bokashi. Tabla 7. Especificaciones referenciales de la calidad del bokashi Parámetro Rango permisible Humedad (%) 33.56 Magnesio (%) 0.62 Materia orgánica (%) 21.33 Carbono orgánico (%) 12.4 Nitrógeno total (%) 1.23 Fósforo (%) 2.98 Potasio (%) 1.05 Sodio (%) 0.062 Azufre (%) 591.3 Calcio (%) 9.45 Relación C:N 10,1 pH 6.5-8 Fuente: Ortega, P (2012). Elaboración del bokashi sólido y líquido. 31 2.8 Antecedentes del uso de lodos para producción de abono Francisco et al. (2011) utilizaron los lodos de la planta de tratamiento de aguas residuales de Puente Piedra (Lima) con fines agrícolas. La prueba 1 contenía lodos secos mezclados con arena lavada a diferentes concentraciones y la prueba 2 consistió en lodos incubados durante ocho meses a diferentes concentraciones utilizando fertilizantes inorgánicos en ambos casos. Aplicaron el diseño estadístico completamente al azar, el método estadístico de la varianza – ANOVA y la prueba de Tukey (sig 0,05) para analizar de las variables agronómicas: plántula (s), altura (H), grosor del tallo (D) y materia seca (F) del maíz. Para analizar las variables se colocó en macetas de 4 kg y se monitoreo por 60 días logrando mejores resultados tanto en crecimiento como en desarrollo de la planta con el ensayo Nº 2. Se concluye que es factible utilizar lodos secos y lodos compostados a baja tasa para la producción de biofertilizantes, lo cual es una solución a largo plazo que puede solucionar el tratamiento final de estos residuos. Huamán & Campos (2019) emplearon el lodo residual de la PTAR del municipio de Cajabamba para elaborar compost con diversos porcentajes de lodo, maíz y estiércol de cuy, teniendo tres tratamientos con la siguiente distribución: lodo al 60%, lodo al 50% y lodo al 40%. Las composteras se acondicionaron cajas de madera y el área fue techada con palos de madera. Finalizado los 36 días de compostaje se concluyó que la mejor la mejor distribución es: 60% de lodo como material base, acompañado del 30% de hojarascas de maíz y 10% de abono orgánico, debido a que los parámetros de humedad, pH, temperatura, materia orgánica, carbono/nitrógeno muestran una mejora en la calidad del abono y eso se ve reflejado en el crecimiento del maíz en comparación con los demás tratamientos. Pomalaza y Ramos (2016) Emplearon una muestra de 100 kg de lodo activado de origen de la planta de tratamiento de aguas residuales “Doris Mendoza” con lombrices Eisenia foetida por un periodo de cuatro meses. Realizaron tres tratamientos con distintas concentraciones durante un tiempo de 120 a 133 días. Cuando obtuvieron compost de calidad a partir de 3 (25% fangos activados y 75% residuos orgánicos) con las mejores 32 propiedades, correspondiente a calidad grado B a los 120 días, este tratamiento consiguió una relación C/N muy buena (26,78), pH (7,2) y concentración de materia orgánica (20,36%). El medio resultante se complementa con tierra y arena para aplicar para la siembra de Pinus radiata (pino). Buitrago y Garzón (2019) realizaron un proceso de compostaje aeróbico utilizando reactores flip horizontales para remover los lodos residuales generados en una PTAR del Parque Agroindustrial de Occidente en Colombia. Se utilizó césped y residuos orgánicos como como agentes de carga y se controló pH, temperatura, humedad y sólidos volátiles como parámetros de estudio. La caracterización inicial del lodo indicaba humedad 75.9%, relación C/N 5.434 y pH 6.34, particularidades que no califican con criterios establecidos para el progreso de un buen compostaje según la normativa colombiana, por lo que el resultado no fue tan bueno como se esperaba. Lugo et al. (2016) elaboraron abono orgánico a partir de una mezcla de lodo residual y estiércol equino en diferentes concentraciones mediante el vermicomposteo por 45 días cuando alcanzó una buena relación C:N, dando como mejor resultado la relación 70% estiércol y 30% lodo residual. También se obtuvo un pH neutro y una concentración admisible de metales según la normativa mexicana. Reyes et al. (2020) evaluaron el efecto de la vermicompost de estiércol equino y lodo residual en la actividad y productividad de plantas de albahaca (Ocimum basilicum L.), se usó una proporción de 30:70 de lodos de depuradora y estiércol de caballo. Con diferentes dosis de 0, 20, 40 y 60 ton/ha de vermicomposta, la tasa de crecimiento aumentó significativamente sin afectar la actividad antioxidante y el contenido de compuestos fenólicos en la albahaca. 33 2.9 Marco legal La Ley N° 2731, Ley General de Residuos Sólidos, define el almacenamiento y manejo de los residuos sólidos de diferente origen tales como: servicios de limpieza industrial, agricultura, agricultura, industria, actividades de construcción, regulados, controlados, evaluados y sancionados por las autoridades competentes. las autoridades. En cuanto a la gestión de lodos e instalaciones para su tratamiento final, la Decreto Supremo 128- 2017-VIVIENDA define los sólidos biológicos como un subproducto que se introduce como consecuencia de la consolidación de la parte orgánica de los lodos que se generan en la refinería. Es importante saber que las propiedades microbiológicas, químicas y físicas contribuyen a la reutilización del suelo como acondicionador. Por otro lado, los lodos generados en una planta de tratamiento son la concentración de sólidos decantados de aguas residuales en forma de agua o purín, de un biorreactor o de un proceso terciario. En cuanto al almacenamiento, se debe tener en cuenta que sólo se permite el lodo que se haya estabilizado y deshidratado en cantidades iguales a la producida, sin exceder los siete días naturales. También está prohibido dejar lodos en los espacios públicos, ya sea en parques, caminos, sitios protegidos o arqueológicos, playas, cuerpos de agua u otros bienes de uso público. Según lo indicado en el DS-128 “Los biosólidos generados a partir de la estabilización y/o tratamiento de lodos de una planta de tratamiento podrán comercializarse para su reutilización con fines agrícolas, forestales y otros. La clasificación, parámetros, tipos de aplicación, condiciones técnicas, prohibiciones y demás normas para la reutilización de sólidos biológicos se establecen en los reglamentos aprobados por el Ministerio de Vivienda y Construcción y Saneamiento”. De acuerdo con el Decreto Supremo N° 015-2017-VIVIENDA, para que el lodo residual sea acondicionado en el suelo, debe ser declarado biosólido clase A (aplica al suelo sin 34 restricciones sanitarias), únicamente destinado a ser utilizado como enmienda y/o acondicionador del suelo en la agricultura. Por otro lado, el procedimiento de monitoreo de biosólidos del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, bajo la Orden Ministerial N° 093-2018-VIVIENDA, aplica a los biosólidos producidos a partir de lodos o sustratos de lodos de la planta de tratamiento de aguas residuales. Para efectos de este estudio se indicó que en dos semanas se tomarían cinco muestras específicas para monitorear el control de calidad de los lodos activados y se analizarían por un laboratorio aprobado por el Instituto Nacional de Control de Calidad (INACAL) acreditado. Este procedimiento describe los pasos y metodología a seguir para determinar la calidad de los lodos provenientes de PTAR o similares, incluyendo cómo debe hacerse su disposición final o su reutilización. 35 III. Objetivos 3.1 Objetivo general • Evaluar el efecto de la aplicación del bokashi sobre el lodo deshidratado para su aprovechamiento como abono de calidad en la empresa Esmeralda Corp. 3.2 Objetivos específicos ● Determinar el efecto de la aplicación del lodo deshidratado y mejorado para su uso como abono. ● Analizar el efecto de la aplicación del abono en el mejoramiento de la fertilidad del suelo. ● Estudiar el efecto del abono en el crecimiento y desarrollo del maíz (Zea mays L.). IV. Metodología 4.1 Área de estudio La empresa Esmeralda Corp. Está ubicada en el distrito de San Juan de Miraflores, provincia de Lima, departamento y región de Lima, en el Anexo 1 se encontrará una carta de autorización para utilizar la información de la empresa; Dentro de la empresa también se encuentra la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) donde se llevó a cabo la investigación. Las coordenadas son 18 L, 284971.27 E, 8649168.12 S. El lodo utilizado en la investigación se obtuvo de la deshidratación del lodo activado en el sistema DECANTER, ubicado en la planta de tratamiento. 4.2 Diseño experimental 4.2.1 Variables independientes y dependientes El método de investigación es experimental, en el que se elabora la composta con lodos deshidratados de la PTAR Esmeralda Corp y el proceso de compostaje, la etapa de 36 recolección de la composta, así como los parámetros de calidad: nitrógeno, fósforo, potasio y materia orgánica, plantas, tasa de crecimiento: altura de la planta, número de hojas, grosor del tallo. Esto se puede ver en la matriz de consistencia y la tabla de actividad variable en los anexos 2 y 3, respectivamente. 4.2.2 Recolección de lodos deshidratados Los lodos deshidratados se recolectaron el 21 de noviembre del 2020 siguiendo el Protocolo de Monitoreo de Biosólidos del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (VIVIENDA). Se tomaron tres muestras con una diferencia de 30 min cada una: para las muestras de Escherichia coli se recolectó una botella por muestra; mientras que para la determinación de huevos de helmintos se recolectaron tres botellas por muestra. Para la describir la cantidad de metales pesados, se recolectó una muestra de 500 g mediante el método del cuarteo y se colocó en una bolsa ziploc. Las muestras de lodo fueron llevadas al Laboratorio Servicios Analíticos Generales S.A.C acreditado por el Instituto Nacional de Calidad (INACAL). Los parámetros de toxicidad química e higienización se encuentran en la Tabla 8 Para medir la toxicidad química, se utilizó el método EPA 3050-B (1996) Digestión ácida de sedimentos, lodos y suelos // SW-846 Método EPA 6010D, Rev. 5, 2018. Plasma acoplado inductivamente - Espectrometría de emisión óptica. Para el caso de los parámetros de higienización el análisis de Escherichia coli se utilizó el método de la EPA 1680 Coliformes fecales en lodos de aguas residuales (biosólidos) por fermentación de múltiples tubos usando caldo de lauril triptosa (LTB) y medio EC (2006). En el caso de detección de huevos de helmintos, se usó el Métodos estándar para la recuperación y enumeración de Moodley et al: Helminth Ova in Wastewater, Sludge, Compost and Orine-Diversion Waste in South Africa (Moodley, Archer, Hawksworth y Leibach, 2008). 37 Tabla 8. Parámetros de toxicidad química, manejo y conservación de muestras de sólidos biológicos, según procedimientos de monitoreo Parámetros de Parámetros de toxicidad higienización química Mg/kg - Escherichia coli < 1000 Clase A ST NMP/1 g ST o y B Materia Salmonella sp. < 1 Seca NMP/10 g ST - - Huevos viables de 40 Arsénico helmintos < 1 / 4g ST o -Cadmio 40 Prueba de utilización de -Cobre 1500 tecnologías indicadas -Cromo 1200 para la higienización -Plomo 400 -Níquel 400 -Zinc 2400 Material de envase para Plástico, vidrio conservación Nota: de Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento,2017. 4.2.3 Elaboración del bokashi En la parte experimental de la investigación se realizaron tres tratamientos, el primero con lodo deshidratado al 23%, luego lodo deshidratado al 37% y por último lodo deshidratado al 47%, cada tratamiento se repitió tres veces y el control consta de los elementos básicos de bokashi (descritos en la tabla 10), por lo que se obtuvo un total de 12 pilas de compostaje. Para obtener datos más confiables, se usaron tres tratamientos y, al repetir cada tratamiento tres veces, se aseguró que no hubiera una diferencia significativa en el resultado. 38 En la tabla 9, se observa la conformación de las proporciones de materiales Tabla 9. Proporciones de los materiales utilizados en los tres tratamientos y control de las composteras Cantidad Pila de compostaje (kg) Composición básica bokashi - control 225 Tratamiento 1 - lodo al 23% 330 Tratamiento 2 - lodo al 37% 405 Tratamiento 3 - lodo al 47% 480 a. Ubicación de las pilas Uno de los pasos para hacer el procedimiento fue determinar el lugar de compostaje, en donde se llevó a cabo el trabajo de investigación. Se determinó un área total de 76.8 m2, la cual se encuentra ubicada dentro de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la empresa Esmeralda Corp. (Figura 2). Figura 2. Ubicación de pilas de compostaje Pilas de compost Fuente: Modificado de Google Earth (2021). 39 b. Distribución y dimensionamiento de las pilas Se identificó un área de 12 m de largo y 6,4 m de ancho para el trabajo de investigación y se seleccionó un aparato con 12 pilotes de 2,5 m de largo, 1,0 m de ancho y 0,8 m cada uno, asignados al azar. (Figura 3). Figura 3. Distribución al azar de los tratamientos b. Recolección de los materiales Luego de determinar el tamaño y distribución de las pilas, el material utilizado en el proceso de compostaje es recolectado y procesado con la ayuda del personal de la planta de tratamiento. Se recolectaron 41 kg de cal y 1350 kg de estiércol provenientes del establo dentro de la empresa. Los materiales como la paja, melaza, levadura y afrecho fueron obtenidos de la agropecuaria El Comedero S.R.L., ubicada en el valle de Lurín. c. Composición y distribución de los materiales en las pilas Se determinó que cada pila de control contenía 225 kg de material para incubar como estiércol, paja, melaza, levadura, chicha, cal y afrecho. 40 Se consideró a tres tratamientos, de acuerdo al porcentaje de lodo activado: 27%, 37% y 47%. El porcentaje fue determinado por el investigador para facilitar la construcción de las pilas. En el tratamiento uno se utilizó una carretilla de lodo proveniente del MBR, que es aproximadamente 74 kg, en el segundo tratamiento se utilizaron dos carretillas de lodo y en el tercer tratamiento se utilizaron tres carretillas. Se mantuvo el patrón básico del Bokashi descrito por la FAO (FAO; Ministerio de Agricultura y Ganadería, 2011), por lo que no se alteró el patrón base acondicionando la cantidad de lodo en cada tratamiento (Tabla 10). Tabla 10. Composición básica del bokashi para el control y tratamientos. Lodos al Lodos al Lodos al Materiales Control 23% 37% 47% Lodo deshidratado (kg) - 75 150 225 Estiércol (kg) 160 160 160 160 Paja (kg) 60 60 60 60 Melaza (kg) 3.5 3.5 3.5 3.5 Levadura (kg) 0.2 0.2 0.2 0.2 Chicha (ml) 0.3 0.3 0.3 0.3 Cal (kg) 1.4 1.4 1.4 1.4 Afrecho de baja calidad (kg) 30 30 30 30 Masa total de la unidad 255.4 330.4 405.4 480.4 experimental (kg) Los materiales se prepararon según la metodología de Inckler (2002): • En el primer nivel se extendió la paja (Figura 4). • En el segundo nivel se colocó afrecho y lodo. • En el tercer nivel, el estiércol. • En el cuarto nivel, la cal (Figura 5) • En el quinto nivel, se hizo una mezcla de 3.300 L de melaza, 200 g de levadura y 300 ml de chicha en 20 L de agua (Figura 6). 41 • Se repitió el procedimiento cuatro veces hasta lograr unos 50 cm de altura los materiales restantes para alcanzar temperaturas suficientemente altas en cada pila y cubrió con plástico para impedir el contacto con el aire (Figura 7). Figura 4. Colocación de la primera capa de paja Figura 5. Capa de afrecho, lodo, estiércol y cal Figura 6. Mezcla de melaza, chica, levadura y agua 42 Figura 7. Pila terminada y tapada con plástico Siguiendo la metodología para elaboración de bokashi, los materiales fueron colocados en capas, siguiendo la siguiente distribución, se realizaron cuatro repeticiones en cada pila (Figura 8). Figura 8. Distribución de los materiales en pilas Mezcla de levadura, melaza,chicha y agua Cal Estiercol Lodo Afrecho Paja d. Monitoreo y control del proceso de compostaje Cumpliendo con el procedimiento se realizó la rotación de la mezcla de materiales, utilizando un trinche y una pala, con el apoyo del personal de la PTAR cada tres días durante los 40 días del proceso (Figura 9). 43 Figura 9. Volteo de pilas de bokashi Las pilas se mantuvieron húmedas en cada proceso de volteo, controlando al mismo tiempo la medición del pH y temperatura con el termómetro especial para compost y un multiparámetro para medir el pH (Figura 10), su forma puntiaguda permite medir la temperatura de las pilas a diferentes alturas de esta. Figura 10. Termómetro especial para suelo y multiparámetro El abono resultante de las pilas construidas fue recolectado en sacos individuales de 30 kg y fueron dejados en la PTAR (Figura 11). 44 Figura 11. Sacos de abono resultante de cada pila e. Fumigación por presencia de larva de mosca El día 20 de diciembre del 2020 se observó la presencia de pupas de mosca debajo del plástico de las pilas de compost (Figura 12). Figura 12. Pupas de mosca debajo de las pilas Se coordinó con el área de saneamiento de la empresa hacer una fumigación por debajo de las pilas y en los costados para evitar que se cumpla el ciclo de vida de la mosca (Figura 13). Figura 13. Fumigación debajo de las pilas y pesticida aqua kontrol 45 Se fumigó con el pesticida Aqua-Kontrol 30-30, que está diseñado para ser aplicado como un rociado ultrabajo (ULV) para controlar mosquitos adultos y moscas molestas, eliminando vectores, brindando un control efectivo de mosquitos adultos, moscas negras, mosquitos y moscas que no pican (EPA, 2014) Una semana después de esta fumigación, las pupas de mosca desaparecieron y se pudo controlar los vectores. f. Aplicación del bokashi en suelo agrícola • Al bokashi preparado a partir de los lodos activados, se le administraron 6 kg de suelo agrícola del valle de Chillón en cada una de las macetas (Figura 14). • Se colocó el abono en 12 macetas de 7 kg cada una, siendo la relación abono/tierra de 2% (Figura 15). • Se utilizaron 5 semillas de maíz (Zea mays) por maceta, una vez germinado se hizo una preselección dejando tres plantas germinadas con mejor perfil (Figura 16). • El riego fue cada dos días con 200 ml de agua. Figura 14. Tamizado de suelo agrícola del fundo HECOSAN Figura 15. Mezcla de suelo agrícola y abono en saco 46 Figura 16. Siembra de 5 semillas y elección de tres plantas con mejor perfil g. Siembra de las semillas de maíz • Se muestreó nuevamente una cantidad de 300 g de bokashi y se le administraron 6 kg de suelo agrícola del valle Chillón en cada una de las macetas (Figura 17). • Se colocó el abono en 20 macetas de 6 kg cada una, siendo la relación abono/tierra de 2%. • Se utilizó 5 semillas de maíz (Zea mays) por maceta y, una vez germinado, se hizo una preselección dejando tres plantas germinadas con mejor perfil. • El riego fue cada dos días con 200 ml de agua. • Las macetas fueron colocadas en la casa de la investigadora para tener un mejor control de la frecuencia de riego y germinación (Figura 18). 47 • La evaluación del maíz se realizó en ocho semanas, midiendo una vez por semana el ritmo de crecimiento de la planta según su altura (Figura 27), número de hojas (Figura 28) y grosor del tallo con vernier (Figura 19). Figura 17. Segundo muestreo de bokashi Figura 18. Macetas de bokashi con suelo agrícola Lodo al 47% Lodo al 37% Lodo al 23% Control Bokashi Suelo Agrícola Figura 19. Vernier: Instrumento de medición de grosor de tallo 48 4.2.4 Análisis estadísticos La investigación fue de carácter experimental y se utilizó un diseño estadístico de bloque completo al azar, procesado mediante el programa SPSS versión 24. Para la comparación entre grupos (tratamientos y control) y asociación entre variables (entre parámetros y la concentración de abono) se utilizó el análisis de varianza con un nivel de confianza del 95%, esta prueba se utiliza para comparar las varianzas entre las medias de diferentes grupos y determinar el nivel de significancia, posteriormente se realizó el test HSD (Honestly-significant-difference) de Tukey la cual se realiza posterior al ANOVA cuando α es significativo, esta prueba consiste en comparar medias entre dos grupos que no pasaron la prueba de normalidad con la finalidad de demostrar cual tratamiento es mejor. Asimismo, se realizó la correlación de Pearson prueba que nos ayuda a determinar la relación de algunos parámetros, en este caso para conocer si algún parámetro afectó el crecimiento del maíz. 49 V. Resultados y Discusiones 5.1 Resultados del análisis inicial de lodos deshidratados Una vez realizado el proceso de obtención de lodos deshidratados se obtuvieron los resultados del Anexo 1- A, los cuales se pueden observar a manera de resumen la tabla 11. Podemos comparar lo descrito en el DS-015-2017-VIVIENDA, los parámetros de toxicidad química están por debajo de lo establecido, es decir, los niveles de Arsénico, Cadmio, Cobre, Cromo, Plomo, Níquel y Zinc del lodo deshidratado son los adecuados para realizar el procedimiento de compostaje dentro de los límites establecidos. Según lectura inicial la presencia de Escherichia coli fue de 2.1x106 NMP/1g ST se clasifica como lodo de Clase B (coliformes < 2,000,000 NMP/g de lodo), de acuerdo con la Regla 503 de la EPA, Norma para la aplicación y el tratamiento de lodos de aguas residuales. Tabla 11. Resultados iniciales de los parámetros de toxicidad química e higienización de lodos deshidratados Parámetros de Unidad Muestra lodo 1 Muestra lodo 2 Muestra lodo 3 higienización NMP/1g 2.2 x 106 2.1 x 106 2.0 x 106 Escherichia coli ST Huevos de Huevos <1 <1 <1 helmintos /4g ST Metales Unidad Muestra lodo 1 Muestra lodo 2 Muestra lodo 3 Arsénico (As) mg/kg 10.4 12.1 9.5 Cadmio (Cd) mg/kg 4.37 4.50 3.82 Cromo (Cr) mg/kg 12.97 14.48 11.32 Cobre (Cu) mg/kg 88.7 90.6 77.4 Níquel (Ni) mg/kg 5.59 6.08 4.86 Plomo (Pb) mg/kg 6.20 7.59 5.13 Zinc (Zn) mg/kg 303.8 306.7 263.5 50 Se tomó como referencia los antecedentes de la última caracterización del lodo residual que realizo en el año 2018 en la PTAR de Esmeralda Corp (Tabla 12). Tabla 12. Caracterización de lodo residual de PTAR Esmeralda Corp. Parámetros Lodos residuales de la PTAR Conductividad eléctrica 6.28 dS/m Materia orgánica 8.27 % pH 6.6 Nitrógeno total 0.53% Fósforo 0.88% Potasio 0.20 % Magnesio 1.10 % Humedad 4.59% Sodio 0.21% Plomo 27.80 ppm Cadmio 3.05 ppm Cromo 15.35 ppm 5.2 Resultados de los análisis a lo largo del proceso de compostaje Los resultados de los parámetros que se evalúan durante el proceso de compostaje responden al objetivo específico que determina el efecto de la aplicación del lodo deshidratado y mejorado para uso como abono para las 12 pilas. 5.2.1 Temperatura La temperatura tuvo un comportamiento normal a lo largo de este proceso de compostaje en los cuatro tratamientos descritos en la Tabla 3 y se presentan de la siguiente manera (Figura 20): 51 • Desde la formación de la pila hasta el 3er día, la temperatura se mantuvo entre y 65°C, lo que indica que el proceso de compostaje ha pasado de la fase termófila al inicio de la fase termófila. • Del día 6 al día 11 la temperatura sube y se mantiene entre 55 y 63°C, lo que indica que se está iniciando una segunda fase termófila. • Del 17 al 23, la temperatura comienza a descender hasta los 1°C, entrando en la fase de enfriamiento. • Desde el día 23 hasta el final del proceso el día 39, la temperatura continúa bajando de 1°C a 37°C, por lo que el proceso se encuentra en su etapa final de maduración. Figura 20. Variación de la temperatura durante el proceso de elaboración del bokashi utilizando el lodo deshidratado Promedio de Temperatura por tratamientos 70.0 60.0 Control 50.0 T01 40.0 30.0 T02 20.0 T03 10.0 Días 0.0 Día 3 Día 6 Día 11 Día 17 Día 23 Día 28 Día 33 Control 65.4 55.0 50.3 47.4 41.8 38.1 43.4 T01 58.7 59.7 58.1 45.5 47.5 37.9 39.9 T02 54.3 58.9 63.6 51.3 48.7 40.7 39.8 T03 44.3 57.7 63.5 48.2 46.8 38.6 43.9 La temperatura a lo largo del proceso de compostaje, Silva et al. (s.f.) indican que esta pasó por todas las etapas propias del proceso de compostaje pasando por la etapa 52 Temperatura (C°) mesofílica, termofílica, enfriamiento y maduración en 39 días debido a que el bokashi tiene una fermentación mucho más rápida que una técnica de compostaje tradicional. 5.2.2 pH La figura 21 nos indica que el pH tomado in situ del día 3 al 6 se acidifica y se mantiene en un rango de 6.20 a 7.67 debido a la formación de ácidos orgánicos, posteriormente se alcaliniza del día 11 al 23 manteniéndose en un rango de 7 a 8 y finaliza con valores cercanos al neutro como se ve en el día 33 con valores del 7.50 a 7.77. Figura 21. Variación del pH durante el proceso de elaboración del bokashi utilizando el lodo deshidratado. Promedio de pH por tratamientos 8.5 8 7.5 7 6.5 6 5.5 días 5 Día 3 Día 6 Día 11 Día 17 Día 23 Día 33 0 0 0 0 0 0 Control 6.20 6.33 7.00 7.53 7.17 7.77 T01 6.37 7.10 7.33 7.67 7.67 7.67 T02 7.67 7.43 7.90 7.87 8.00 7.50 T03 7.57 6.87 7.77 7.80 7.50 7.50 Control T01 T02 T03 El pH define la supervivencia de los microorganismos y la mayor parte de la actividad bacteriana ocurre en un rango de 6.0 a 7.5; en el caso de las pilas de bokashi, este proceso ocurrió en el día 3 al 6 debido a la formación de ácidos orgánicos, posteriormente durante el día 11 al 23 se llevó a cabo la mayor actividad fúngica y 53 pH finalizó el proceso en el rango ideal con valores cercanos al neutro del 7.50 a 7.77 (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2013). 5.2.3 Análisis inicial vs final de materia orgánica en las pilas de bokashi a. Análisis del pH, conductividad eléctrica y materia orgánica en pilas de bokashi Los resultados iniciales se encuentran en el anexo 2-A y los finales en el anexo 3-A; así mismo el producto conseguido en el test de Tukey en el anexo 1-B para el control indican que su media es diferente a los tratamientos, por lo que este pH moderadamente alcalino, lo que se debe a que las rumas se formaron solo con los materiales básicos para bokashi, indicando que hubo una estabilización correcta del compost (Najar, 2014). En cuanto a los demás tratamientos T01 (promedio pH: 7.85), T02 (promedio pH: 7.74) y T03 (promedio pH: 7.60), se tiene un pH cercano a la neutralidad a diferencia del control debido a la adición del lodo deshidratado, que tiene como pH un valor de 6.6, haciendo disminuir el rango de pH, como se observa en la Figura 22. Según diferentes autores, el pH obtenido en la pila de bokashi varía de 7 a 8 (Santoya et al. 2018, González et al. 2018, Kováčik et al. 2018, Martínez et al. 2018), por lo que el bokashi se elabora a partir de aguas residuales. el lodo es óptimo porque promueve la disponibilidad de nutrientes y limita la disponibilidad de metales pesados. La conductividad eléctrica inicia con 17.40 dS/m en el tratamiento 2, el control y los demás tratamientos están en un rango de 12.70 a 17.40 dS/m, el tratamiento 2 finaliza con 17.03 dS/m y los demás tratamientos están en un rango de 16.30 a 17.03 dS/m. Esto podría deberse a la aplicación de estiércol la cual puede incrementar la conductividad eléctrica (Smith et al., 2001); asimismo, cuando se utiliza estiércol vacuno y composta residual, la CE se incrementa debido a la reducción de la MO residual 54 (Eghball, 2004). En las propiedades físicas y químicas del bokashi, comúnmente se encuentran valores altos de CE, Berrio y Panzza (2006) indican que la CE va hasta 22.8 dS/m en los diversos tipos de bokashi evaluados. El porcentaje de materia orgánica inicial en todas las pilas están en el rango de 57.75- 63.01%, bastante similar a lo encontrado por Mendoza (2012), quien encontró valores que fluctuaron de 56.92-66.57%; por otro lado, los resultados finales se encuentran en el rango de 27.29-35.00% señala que la materia orgánica fue descompuesta correctamente durante el procedimiento de compostaje. Figura 22. Análisis inicial vs resultado final del pH, conductividad eléctrica y materia orgánica en pilas de Bokashi Nota: C0: Control, T01: lodo al 23%, T02: lodo al 37%, T03: lodo al 47%. En el anexo 2-B se observa el análisis de varianza (ANOVA) solo hay diferencia significativa en el pH; esta diferencia se puede ver con mayor detalle en los anexos 3 - 55 B y 4-B. En cambio, en los parámetros de conductividad eléctrica y materia orgánica no presentan diferencias significativas. El coeficiente de variabilidad (CV) para pH es de 0.03%, CE de 0.05% y M.O de 0.18%, lo cual nos indica que los datos obtenidos en campo son confiables. Mediante el test HSD (Honestly-significant-difference) de Tukey que se observa en el anexo 1-B podemos decir que el pH del control es diferente a todos los tratamientos, el pH en el lodo al 47% (tratamiento 3) y en el lodo al 37% (tratamiento 2) son iguales; asimismo, el pH en el lodo al 47% y 37% es diferente con el lodo al 23% (tratamiento 1), no existen subgrupos en los parámetros de conductividad eléctrica y materia orgánica anexo 1B y 2-B. b. Análisis del Nitrógeno, Fósforo, Potasio, Calcio, Magnesio y Sodio en pilas de bokashi Como se observa en la figura 23 y se puede ver con mayor detalle en el anexo 3-A, el muestreo inicial los valores de nitrógeno para el control fue de 1.61% y los demás tratamientos un valor promedio de 1.92%, pero en la etapa final del compostaje, el contenido de nitrógeno total aumentó bruscamente de 2,01 a 26% sin diferencia significativa. Chunga (2014) demostró que cuando esta sustancia ya no se consume, por ende, la población microbiana deja de crecer ya que el proceso se está en las últimas etapas de maduración. En cuanto al porcentaje de fósforo total, el control inicia con 0.09% y los tratamientos con un promedio de 0.65% y termina en un rango de 1.47% a 1.86% sin diferencias significativas. Este incremento del fósforo en los tratamientos y el control se debe a la disminución de la materia orgánica por el proceso de fermentación aeróbica (Ruiz, 2003). 56 El porcentaje de potasio total, inicialmente en el control y tratamientos tiene un rango elevado, encontrándose entre 1.58 a 2.23% ppm debido al uso de estiércol y terminó en un rango de 1.49% a 1.95% sin diferencias significativas. Según Pérez et al. (2008), el contenido de potasio en diferentes tipos de bokashi puede variar de 1.50-2.49%. Por otro lado, el porcentaje de calcio más bajo empezó en 2.06% para el tratamiento 1 y terminó en 3.62% a 4.63% sin diferencias significativas, el incremento es común debido al exceso de nutrientes del lodo deshidratado, sin embargo, está dentro de los valores promedios esperados descritos por Cantanhede (1993). El porcentaje de magnesio inicial fue de 0.65% a 0.75% y terminó en 0.92% a 1.11% sin diferencias significativas. Según Pérez et al. (2008), los niveles de magnesio en diferentes tipos de bokashi pueden variar de 0.28-1.21%, por lo que también estaría dentro del rango promedio de 1.0-2.5% descrito por Najar (2014). Por último, el sodio terminó con un rango de 0.80% a 0.85% sin diferencias significativas, lo que indica que los niveles están por encima del rango promedio, el cual es 0.02% según Najar (2014), pero estos valores promedios son un aproximado y varían según el tipo de materiales utilizados durante el procedimiento. De acuerdo con Silva (2014), el porcentaje de sodio para bokashi como amortiguador de suelo es de 1.8%. Las pruebas de Tukey para cada parámetro se pueden ver en los anexos 7- B al 12- B. 57 Figura 23. Análisis inicial vs resultado final del Nitrógeno, Fosforo, Potasio, Calcio, Magnesio y Sodio en pilas de Bokashi En el apéndice 5-B, análisis de varianza, encontramos que no hubo una diferencia significativa entre los grupos y dentro de los grupos, lo que significa que no hubo una diferencia real en el porcentaje de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y sodio. en tratamientos de investigación. El coeficiente de variación tiende a cero, lo que indica que los datos obtenidos en campo son confiables. 58 5.3 Evaluar el efecto de la aplicación del abono en el mejoramiento de la fertilidad del suelo. 5.3.1 Caracterización inicial vs resultado final del suelo agrícola con abono a. Análisis del pH, conductividad eléctrica, materia orgánica y Capacidad de Intercambio Catiónico en suelo agrícola con abono El pH del lodo según antecedentes de la PTAR Esmeralda Corp es de 6.48, en cuanto a los resultados de pH del presente estudio se encuentran en un rango de 7.00 a 7.23. Según Francisco et al. (2011), estos valores se encuentran en el rango normal y no afectan las condiciones de vida del suelo. Por otro lado, el trabajo realizado por Silva et al. (2014) también muestra al pH en un rango de 6.18. La conductividad eléctrica final del suelo agrícola (SA) es 1.68 dS/m (no salino) y del control y tratamientos están dentro del rango de 2-4 dS/m (levemente salinos). Francisco et al. (2011) mencionan que la CE del lodo compostado en 3.65 dS/m y fue aplicado en el suelo. Asimismo, Roben (2002) indica que la conductividad mínima debe ser de 2,0 dS/m, la máxima de 4,0 dS/m y la media de 2,5 dS/m. Por otro lado, Labarca et al. (2018) revelan que la conductividad eléctrica del suelo con el abono del bokashi se encuentra en un rango de 2.10 a 4.13 dS/m, por lo que los datos obtenidos en la investigación nos demuestran que la CE del estiércol genera un suelo levemente salino. El porcentaje de materia orgánica empieza en un rango de 1.01-1.68% y termina en 1.13-1.80%, teniendo un ligero aumento. La Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) en el suelo agrícola empezó en 14.56 meq/100g y terminó en 11.68 meq/100g, habiendo una disminución de este. En cambio, el control y los tratamientos tienen un comportamiento diferente en el tiempo: empiezan 59 en un rango de 7.36 a 8.32 meq/100g y terminan en una concentración superior en un rango de 11.15 a 12.21 meq/100g. La reducción de la CIC para el control y tratamientos se dio conforme avanzó el proceso de compostaje según Benediti et al. (1994), debido al contenido de sustancias húmicas se tiene alta capacidad de CIC; asimismo, este incremento se debe al cambio en el contenido de grupos carboxílicos. En cambio, ocurre lo opuesto en el suelo agrícola, donde esta capacidad disminuye debido a la polimerización de compuestos carbonados y producen la formación de ácidos húmicos y fúlvicos (Roman, 2013) (Anexo 4-A, 5-A y 6-A). Figura 24. Análisis inicia vs resultado final de pH, conductividad eléctrica, materia orgánica y Capacidad de Intercambio Catiónico en suelo agrícola con abono En el Apéndice 13-B, el análisis de varianza no mostró diferencias significativas entre los grupos y dentro de los grupos, lo que significa que no hubo una diferencia real en el pH. El coeficiente de variación es de 0,01%, lo que indica que los datos obtenidos en campo son confiables. Lo mismo ocurre con CIC, donde no existe una diferencia 60 significativa entre grupos y dentro de los grupos, además el coeficiente de variación es de 0,82%, lo que indica que los datos son confiables. Para el caso de la conductividad eléctrica y la materia orgánica, sí existen diferencias significativas entre grupos y dentro de grupos y se pueden ver con mayor detalle en los anexos 14-B y 15-B. Por otro lado, el coeficiente de variabilidad es de 0.27% y 0.18% respectivamente, lo que señala que los datos conseguidos en campo son confiables. Mediante el test HSD (Honestly-significant-difference) de Tukey, que se observa en el anexo 15-B, el porcentaje de materia orgánica en el control es diferente a todos los tratamientos. Mediante el test HSD (Honestly-significant-difference) de Tukey, que se observa en el anexo 16-B, la conductividad eléctrica en el suelo agrícola es diferente al control y a los tratamientos. Por otro lado, la conductividad eléctrica en el lodo al 37% es diferente al control y por último la CE en el lodo 23% y 47% son iguales. No existen subgrupos en el parámetro de pH (anexo 19). b. Análisis del Fósforo y Potasio en suelo agrícola con abono El fósforo y el potasio en el suelo agrícola difieren con los porcentajes del control y tratamientos. Labarcat et al. (2018) encontraron que el rango de porcentaje de potasio alcanza un máximo de 600 ppm por lo que lo hallado en el trabajo está dentro del rango normal. Por otro lado, según Miyashiro (2014), la diferencia de contenido de potasio en los tratamientos puede deberse a pérdidas derivadas de la lixiviación producto de los riegos. En cuanto al fósforo, la variación que existe en la etapa final podría deberse a su utilización para formar ácidos nucleicos en los microorganismos vivos y en el fósforo disuelto producto del humedecimiento y lixiviación al suelo (Brady et al., 2008). 61 Figura 25. Análisis inicial vs resultado final Fósforo y Potasio en suelo agrícola con abono Analisis inicial vs resultado final Fosforo y Potasio en suelo agricola con abono 800 700 600 500 400 300 200 100 0 P % Inicial P % Final K% Inicial K % Final SA 23.5 13.80 94 96.00 C0 101.5 53.17 716 423.00 T01 80.6 39.20 536 399.00 T02 59.7 32.73 359 264.00 T03 60.1 33.53 600 262.67 El análisis de varianza para fósforo y potasio revela que sí existen diferencias significativas entre grupos y dentro de grupos y estas diferencias se pueden ver con mayor detalle en el anexo 17-B. Por otro lado, el coeficiente de variabilidad es de 0.4% y 0.5%, respectivamente, lo que señala que los datos conseguidos en campo son confiables. Mediante el test HSD (Honestly-significant-difference) de Tukey, que se observa en el anexo 17-B, el porcentaje de fósforo en el suelo agrícola es diferente a todos los tratamientos y control. Por otro lado, el porcentaje de fósforo del lodo al 37% es diferente al lodo al 47%. En cambio, el porcentaje de fósforo del lodo al 37% es igual al lodo al 23% y, por último, el control es diferente a todos los tratamientos y suelo agrícola. Mediante el test HSD (Honestly-significant-difference) de Tukey, que se observa en el anexo 19-B, el porcentaje de potasio en el suelo agrícola es diferente al control y 62 tratamientos. Por otro lado, el porcentaje de lodo 47% y 37% son iguales, el porcentaje de potasio en el lodo al 23% y control son iguales. 5.3.2 Caracterización inicial de metales pesados Se realizó en análisis inicial de metales pesados dando como resultado que los niveles de plomo y cromo no sobrepasaron lo dispuesto en el DS 011-2017-MINAM, que corresponde al Estándar de Calidad Ambiental (ECA) para suelo agrícola, que indica que los valores deben ser los siguientes: Pb < 70 ppm, Cd <1.4 ppm y Cr < 64 ppm; sin embargo, como se observa en la Tabla 13, el Cadmio sí sobrepasó estos estándares, por lo que solo se analizó este metal en el muestreo final (Anexo 7-A y 8-A). Tabla 13. Resultados iniciales de metales pesados en el suelo agrícola con abono Claves Pb (ppm) Cd (ppm) Cr (ppm) C01 10.41 1.54 8.91 T012 11.73 1.76 15.94 T021 12.63 1.90 19.27 T033 11.83 1.98 18.53 5.3.3 Caracterización final de metales pesados en suelo con abono Se realizó el análisis de cadmio total en el suelo con abono inicial (Anexo 9-A), teniendo un rango de 1.54 a 1.98 ppm, sobrepasando los límites indicados en el punto 5.3.2; asimismo, se realizó el análisis final de cadmio dando como resultado un rango de 1.20 a 1.43 ppm, estos datos sí cumplen con la normativa vigente para este metal DS Nº 011- 2017-MINAM ECA suelo como se observa en la Figura 26. Se tiene como referencia el dato del Cadmio en el lodo residual proveniente del MBR, siendo de 3.05 ppm, por lo que se puede afirmar que el cadmio en el compost con lodos residuales en distintas dosis presenta una reducción en el contenido total, teniendo una mayor reducción en el tratamiento 2 con una diferencia de 0.59 ppm, en comparación con el tratamiento 1 (0.35 ppm) y tratamiento 3 (0.55 ppm). Según Huayllani (2017) nos 63 indica que el compostaje baja contenido de cadmio de los lodos utilizados, puesto que en su trabajo realizando compostaje con lodos residuales tiene la misma tendencia a disminuir el porcentaje de cadmio final, en el tratamiento 1 (2% Microorganismos Eficaces) obtuvo una disminución de 12.5%, lo mismo con el tratamiento 4 (8% ME) una disminución de 0.71%. Figura 26. Análisis de Cadmio inicial vs Cadmio final en suelo con abono Analisis de Cd inicial vs Cd final en suelo con abono 2.5 2 1.5 1 0.5 0 SA C01 T012 T021 T033 Cd ppm inicial 1.6 1.54 1.76 1.9 1.98 Cd ppm final 1.33 1.20 1.41 1.32 1.43 Tratamientos Cd ppm inicial Cd ppm final En el anexo 20-B, el análisis de varianza para cadmio muestra que no hay diferencia significativa entre grupos y dentro de los grupos; Por otro lado, el coeficiente de variación es de 0,12%, lo que indica que los datos obtenidos en campo son confiables. 5.4 Efecto del abono en el crecimiento y desarrollo del maíz 5.4.1 Crecimiento semanal del maíz Se midió el crecimiento del maíz una vez por semana durando dos meses, como se observa en la Figura 27, la última semana del experimento el maíz en suelo agrícola y el tratamiento 3 (lodo al 47%) tienen aproximadamente el mismo tamaño con 51.6 cm y 64 Cd (ppm) 51.1 cm, respectivamente, seguido del tratamiento 1 (lodo al 23%) con 48.3 cm, el tratamiento 2 (lodo al 37%) con 44.9 cm y por último el control con 41.6 cm. Figura 27. Promedio altura de planta en cm por tratamiento Promedio tamaño por tratamiento 60.0 50.0 SA 40.0 CONTROL 30.0 T1 20.0 T2 T3 10.0 0.0 Seman Seman Seman Seman Seman Seman Seman Seman a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 8 SA 8.1 17.9 24.8 29.7 35.8 41.7 47.4 51.6 CONTROL 3.7 8.7 12.6 17.8 22.9 29.9 35.7 41.6 T1 3.6 9.2 16.2 22.3 29.8 36.9 42.3 48.3 T2 3.9 7.7 13.0 19.4 26.4 34.0 40.1 44.9 T3 4.3 11.0 15.9 19.8 27.2 36.2 43.7 51.1 Semanas En el anexo 22-B en análisis, mediante ANOVA, no se encontró diferencias significativas, en cuanto a altura de la planta, entre tratamientos y control. Por otro lado, el coeficiente de variabilidad es de 0.16%, lo que nos señala que los datos conseguidos en campo son confiables. Existe correlación entre el Cadmio y la altura de la planta. La correlación es directa: a mayor cadmio, mayor es el crecimiento (anexo 21-B). En la figura 27 se presenta el crecimiento semanal del maíz la comparación de los promedios en el anexo 22-B demuestran que independientemente de las dosis evaluadas no hay diferencias significativas. Por otro lado, el crecimiento del cultivo no coincide con lo reportado por Porcel et al (1995) y Reyes et al (1996) quienes si 65 Tamaño (cm) encontraron una diferencia significativa entre las parcelas fertilizadas con 11t-ha-1 y las parcelas obtenidas por fertilización mineral de 800kg ha-1 de la fórmula 15-15-15 más 350kg ha-1 de urea. Por un lado, estas diferencias pueden deberse a desigualdades en el origen, composición y tipo de lodo utilizado (crudo o descompuesto, transformado, etc.) (textura, contenido de materia orgánica, pH), así como la vida útil. Los resultados de crecimiento pueden compararse con los encontrados por Salcedo et al., (2007) cuando evaluaron el crecimiento y rendimiento de maíz a diferentes concentraciones de lodo T1: fertilización mineral con 150 kg ha-1 de fórmula 18-6-00 y 200 kg ha-1 de urea, T2: 10t ha-1 de lodos deshidratados, T3: 20t ha-1 de lodos deshidratados, T: 10t ha-1 de composta y T5: 20t ha-1 de composta. Los tratamientos se repartieron según bloques al azar con cuatro repeticiones. Cada parcela experimental consta de hileras de 8 m de largo, la distancia entre hileras es de 0,80 m y la distancia entre plantas es de 0,30 m. En este caso el crecimiento los tratamientos con lodos no tuvieron diferencias significativas con respecto a la fertilización química, existen evidencias de que el incremento de tamaño cuando se integran lodos no son únicamente la consecuencia de un incremento para aportar nutrientes a las plantas, pero también son el resultado de una mejora en las propiedades físicas y químicas del suelo que recibe estas materias orgánicas (Cunningham et al., 1975; Aguilar et al., 1999, Mbila et al., 2003). 5.4.2 Número de hojas semanal del maíz El número de hojas de cada tratamiento se contabilizó una vez por semana, como se observa en la figura 28, teniendo como resultado en la última semana del experimento la mayor cantidad de hojas en el suelo agrícola con 7 hojas por maceta, seguido del control y tratamiento 3 (lodo al 47%) con 6.1 hojas por maceta, luego el tratamiento 2 (lodo con 37%) con 6 hojas por maceta, y por último el tratamiento 1 (lodo al 23%) con 5.5 hojas por maceta. 66 Figura 28. Promedio número de hojas por tratamiento Promedio número de hojas por tratamiento 8.0 7.0 6.0 SA 5.0 CONTROL 4.0 T1 3.0 T2 2.0 T3 1.0 0.0 Sema Sema Sema Sema Sema Sema Sema Sema na 1 na 2 na 3 na 4 na 5 na 6 na 7 na 8 SA 3.3 4.4 5.8 6.4 5.8 5.3 5.8 7.0 CONTROL 2.2 3.3 3.9 4.6 5.1 5.5 5.8 6.1 T1 2.0 3.4 4.8 5.9 6.1 5.8 5.1 5.5 T2 2.1 3.4 4.6 5.4 5.6 6.1 5.9 6.0 T3 2.0 3.3 4.1 4.9 5.4 5.5 5.6 6.1 Semanas En el Apéndice 22-B, el análisis de varianza del número de hojas no mostró diferencias significativas entre grupos y dentro de los grupos. Por otro lado, el coeficiente de variación es de 0,22%, lo que indica que los datos obtenidos en campo son confiables. 5.4.3 Grosor de tallo por tratamiento En cuanto al grosor del tallo se midió con el vernier una vez por semana, como se observa en la figura 29, teniendo como resultado en la última semana del experimento el tratamiento 2 (lodo al 37%) terminó con un promedio de 2 cm de grosor de tallo por maceta, seguido del tratamiento 1 (lodo al 23%) y suelo agrícola con 1.9 cm de grosor de tallo por maceta, luego el control con 1.7 cm de grosor de tallo por maceta, y por último el tratamiento 3 (lodo al 47%) con 1.6 cm de grosor de tallo por maceta. Figura 29. Promedio de grosor de tallo en cm por tratamiento 67 Número de hojas En el anexo 22-B, el análisis de varianza para grosor de tallo revela que no hay diferencia significativa entre grupos y dentro de grupos. Por otro lado, el coeficiente de variabilidad es de 0.18%, lo que nos señala que los datos conseguidos en campo son confiables. 68 5.4.4 Interacción de la CE con el crecimiento del maíz Observamos en la figura 30 que la CE en suelo agrícola fue menor tanto inicial como final en comparación con el control y tratamientos. Asimismo, se observa que la CE final tanto en el control como en tratamientos está en un rango de 2.96 a 3.32 dS/m, lo que podría deberse a la presencia del estiércol en las mezclas. El crecimiento del maíz, número de hojas y diámetro del tallo hasta la semana 8 no mostró diferencias significativas en ningún tratamiento ni control. El hecho de que esto ocurra puede deberse al nivel de conductividad eléctrica que, al estar en un rango de 2- 4 dS/m, hace que el suelo sea levemente salino y el maíz no pueda tener el crecimiento adecuado. La CE en el suelo agrícola es baja a pesar de no tener sustratos adicionales, pero observamos que el maíz tiene el mismo crecimiento que el tratamiento 3. El suelo se ve afectado por la adición de estiércol y lodo; asimismo, la actividad de los microorganismos baja cuando la CE incrementa, así sea un suelo moderadamente salino, impide el crecimiento adecuado del cultivo (USDA, s.f.). Por otro lado, la concentración de cadmio aumentó según la cantidad de lodo utilizado en cada tratamiento: a mayor cantidad de lodo, mayor presencia de cadmio. Munive et al. (2018) observaron que existe un menor crecimiento del maíz cuando hay una mayor concentración de cadmio. También Flores (2017) notó que el crecimiento del maíz es más lento en la primera etapa del estado de crecimiento vegetal del maíz, teniendo como resultado a los dos meses de empezado la siembra un promedio de 43 a 50 cm de altura y en el quinto mes, cuando el cadmio está en un rango de 1.10 ppm, el crecimiento pasa de un aproximado de 7 cm a 8 cm mensuales. 69 Figura 30. Interacción C.E en pilas de bokashi vs C.E en el suelo vs altura de planta Interaccion C.E en pilas de bokashi vs C.E en el suelo vs altura de planta 60 50 40 30 20 10 0 SA C0 T01 T02 T03 CE BOKASHI FINAL 2.47 16.73 17.03 16.3 16.67 CRECIMIENTO 51.6 41.6 48.3 44.9 51.1 CE SUELO FINAL 1.68 3.3 3.31 2.96 3.32 5.4.5 Análisis Foliar de Cadmio Como análisis final, se realizó el análisis foliar de Cadmio a las hojas de maíz (Anexo 10-A) de cada tratamiento y sus respectivas repeticiones, dando como resultado lo observado en la figura 31. La mayor cantidad de Cadmio foliar se encontró en el tratamiento 2 (lodo al 37%) con 1.35 ppm, seguido del tratamiento 1 (lodo al 23%) con 1.33 ppm, luego el suelo agrícola con 1.30 ppm, después el control con 1.28 ppm y finalmente el tratamiento 3 (lodo al 47%) con 1.23 ppm de Cadmio. Figura 31. Análisis foliar de Cadmio Analisis foliar Cd 1.36 1.34 1.32 1.3 1.28 1.26 1.24 1.22 1.2 1.18 1.16 Control SA T 1 T 2 T 3 Cd ppm 1.28 1.30 1.33 1.35 1.23 70 dS/m VI. Conclusión El lodo deshidratado proveniente de la PTAR Esmeralda Corp podría ser usado como biosólido debido a que cumple lo indicado en el DS N°015- 2017-VIVIENDA, pero se debe tener en cuenta el monitoreo constante metales pesados, en especial el cadmio como se observó en los tratamientos 1 con lodo al 23%, tratamiento 2 con lodo al 37% y tratamiento 3 con lodo al 47% donde se encontró que la concentración de cadmio incrementa según la cantidad de lodo que se utilice y también se debe de monitorear la CE al momento de ser utilizado. El uso de lodo deshidratado como componente del bokashi afecta el pH y CE del abono resultante, sin embargo, los demás parámetros como N, P, K, Ca, Mg, Na y materia orgánica permanecen dentro de los rangos óptimos para un abono de buena calidad. Según la CE del suelo agrícola este es un suelo no salino, en cambio el control y tratamientos se vieron afectados por la aplicación de abono con lodo deshidratado en especial por el uso de estiércol de centro de engorde incrementando su CE, esto impide al abono actuar de manera eficiente generando un crecimiento poco acelerado al cultivo. Para finalizar, el crecimiento y desarrollo del maíz vemos que no existen diferencias significativas en el tamaño, grosor de tallo y numero de hojas entre los tratamientos y el control, en cambio se ve una diferencia frente al Suelo Agrícola debido a la alta conductividad eléctrica (CE) del estiércol que afecto el crecimiento del maíz. 71 VII. RECOMENDACIONES • Analizar los parámetros iniciales y finales de todos los materiales a utilizar en la preparación del bokashi. • Utilizar diferentes concentraciones de lodo deshidratado para determinar una fórmula que beneficie al cultivo y a la calidad del suelo. • Colocar las macetas a nivel de invernadero y en condiciones favorables según el tipo de cultivo a utilizar. • Utilizar otros cultivos indicadores de tallo bajo como el tomate, espinaca u otros para determinar la efectividad del abono 72 VIII. Referencias bibliográficas Acosta, Y., Zarraga, A., Rodtriguez, L. y Zauahre, M. (2012) Cambios en las propiedades fisicoquímicas en el proceso de compostaje de lodos residuales. Multiciencias 12(1), 18-24. Aguilar, M. I., Sáez, J., Lloréns, M., Soler, A., y Ortuño, J (2012). Tratamiento por coagulación-floculación de un efluente de matadero. Aumento de la velocidad de sedimentación mediante la adición de coadyudantes inorgánicos. Murcia: EDITUM. Ancco, Y (2014). 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Para esto se utiliza la técnica del compost la cual requiere muchos aditivos y 60 días para ver resultados, en cambio la técnica del bokashi necesita 20 días, menos aditivos y da como resultado abono de calidad. General: Determinar el efecto de la técnica del Bokashi sobre el lodo deshidratado para su aprovechamiento como abono de calidad en la empresa Esmeralda Corp Específico: Objetivo ● Determinar el efecto de la aplicación del lodo activado y mejorado para su uso como abono. ● Analizar el efecto de la aplicación del abono en el mejoramiento de la fertilidad del suelo. ● Estudiar el efecto del abono en el crecimiento y desarrollo del maíz (Z mays). Dependiente: Lodo deshidratado Variables independiente: Técnica del bokashi Análisis de laboratorio Metodología Diseño experimental puro cuantitativo Parámetros por medir del lodo deshidratado: contenido de nitrógeno, fosforo, potasio y materia orgánica. Indicadores Ritmo de crecimiento de la planta: altura de la planta, numero de hojas, grosor del tallo. Fuente: elaboración propia 84 Anexo 3. Tabla de Operacionalización de variables Objetivos Variable Dimensión Indicadores específicos Determinar el Lodo Caracterización Parámetros por medir del efecto de la deshidratado de materias lodo: pH, conductividad aplicación del lodo abono orgánicas eléctrica, contenido de deshidratado y solidas nitrógeno, fosforo, mejorado para su potasio, calcio, magnesio, uso como abono. sodio y materia orgánica Analizar el efecto Fertilidad del Caracterización Parámetros por medir del de la aplicación suelo de suelo suelo: pH, conductividad del abono en el eléctrica, contenido de mejoramiento de nitrógeno, fosforo, la fertilidad del potasio, calcio, magnesio, suelo sodio y materia orgánica Estudiar el efecto Crecimiento del Desarrollo del Ritmo de crecimiento de la del abono en el maíz maíz planta: altura de la planta, crecimiento y numero de hojas, grosor desarrollo del del tallo. maíz (Zea mays L.). Fuente: elaboración propia 85 A. RESULTADOS DE LABORATORIO Anexo 1-A. Análisis inicial de lodo deshidratado 86 87 88 Anexo 2-A. Análisis inicial de materia orgánica, conductividad eléctrica, potasio, fosforo y magnesio 89 Anexo 3-A. Análisis final de materia orgánica, conductividad eléctrica, potasio, fosforo y magnesio 13 Anexo 4-A. Análisis inicial de suelo agrícola con abono 13 Anexo 5-A. Caracterización suelo agrícola del Fundo HECOSAN 92 Anexo 6-A. Análisis final de suelo agrícola con abono 13 94 Anexo 7- A. Análisis iniciales de Metales Pesados Plomo, Cadmio y Cromo 13 Anexo 8-A. Análisis inicial de Cadmio del suelo agrícola del fundo HECOSAN 96 Anexo 9- A. Análisis de Cadmio final en suelo con abono 97 Anexo 10-A. Análisis especial foliar Cadmio en maíz B. RESULTADOS ESTADISTICOS Anexo. 1-B. Test de Tukey de pH en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 2 Lodo al 47% 3 7,6033 Lodo al 37% 3 7,7367 Lodo a 23% 3 7,8500 7,8500 Control 3 8,1167 Sig. ,217 ,171 Nota: Lodo al 23%: tratamiento 1, lodo al 37%: tratamiento 2 y lodo al 47%: tratamiento 3. 98 Anexo. 2-B ANOVA del pH, conductividad eléctrica y materia orgánica de las pilas de bokashi ANOVA Suma de Media Reacciones químicas cuadrados gl cuadrática F Sig. pH Entre grupos ,43 3 ,14 7,22 ,012 Dentro de ,16 8 ,02 grupos Total ,59 11 CV 0.03% C.E. dS/m Entre grupos 1,96 3 ,65 ,92 ,475 Dentro de 5,71 8 ,71 grupos Total 7,67 11 CV 0.05% M.O. % Entre grupos 100,71 3 33,57 ,95 ,462 Dentro de 283,11 8 35,39 grupos Total 383,83 11 CV 0.18% Anexo. 3-B. Test de Tukey para CE en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Lodo al 40% 3 15,9333 Lodo al 60% 3 16,6667 Control 3 16,7333 Lodo a 20% 3 17,0333 Sig. ,432 Anexo. 4-B.Test de Tukey para MO en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Control 3 27,2867 Lodo a 20% 3 32,6567 Lodo al 60% 3 33,3900 Lodo al 40% 3 35,0033 Sig. ,435 99 Anexo. 5-B. ANOVA del contenido de los macroelementos Nitrógeno, Fosforo y Potasio y de los mesoelementos Calcio, Magnesio y Sodio en pilas de bokashi ANOVA Suma de Media Reacciones químicas cuadrados gl cuadrática F Sig. N % Entre grupos ,09 3 ,03 ,64 ,611 Dentro de ,38 8 ,05 grupos Total ,47 11 CV 0.09 P2O5 % Entre grupos ,26 3 ,09 1,41 ,310 Dentro de ,50 8 ,06 grupos Total ,76 11 CV 0.15 K2O % Entre grupos ,35 3 ,12 2,00 ,192 Dentro de ,47 8 ,06 grupos Total ,83 11 CV 0.16 CaO % Entre grupos 2,31 3 ,77 2,08 ,182 Dentro de 2,97 8 ,37 grupos Total 5,29 11 CV 0.16 MgO % Entre grupos ,06 3 ,02 1,62 ,260 Dentro de ,11 8 ,01 grupos Total ,17 11 CV 0.16 Na % Entre grupos ,01 3 ,00 ,20 ,892 Dentro de ,08 8 ,01 grupos Total ,08 11 CV 0.1 100 Anexo. 6-B. Test de Tukey para Nitrógeno en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Lodo al 40% 3 2,0133 Control 3 2,1267 Lodo al 60% 3 2,1300 Lodo a 20% 3 2,2600 Sig. ,542 Anexo. 7-B. Test de Tukey para Fosforo en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Control 3 1,4700 Lodo a 20% 3 1,7033 Lodo al 40% 3 1,8000 Lodo al 60% 3 1,8567 Sig. ,299 Anexo. 8-B. Test de Tukey para Potasio en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Lodo al 40% 3 1,4867 Lodo al 60% 3 1,6033 Control 3 1,6867 Lodo a 20% 3 1,9533 Sig. ,164 Anexo. 9-B. Test de Tukey para Calcio en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Control 3 3,6200 Lodo a 20% 3 3,6567 Lodo al 40% 3 4,3667 Lodo al 60% 3 4,6267 Sig. ,256 101 Anexo. 10-B. Test de Tukey para Magnesio en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Control 3 ,9167 Lodo a 20% 3 ,9500 Lodo al 40% 3 1,0067 Lodo al 60% 3 1,1100 Sig. ,246 Anexo. 11-B. Test de Tukey para Sodio en pilas de bokashi HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Lodo al 60% 3 ,8000 Control 3 ,8467 Lodo a 20% 3 ,8500 Lodo al 40% 3 ,8533 Sig. ,904 Anexo. 12-B. Test de Tukey para Calcio en suelo agrícola con abono HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Suelo Agricola 3 ,1000 Control 3 ,1000 Lodo al 40% 3 ,1000 Lodo a 20% 3 ,1300 Lodo al 60% 3 ,7333 Sig. ,540 102 Anexo. 13-B. ANOVA del pH, CE y materia orgánica en suelo con abono Suma de Media Reacciones químicas cuadrados gl cuadrática F Sig. pH Entre grupos ,12 4 ,03 2,65 ,096 Dentro de grupos ,11 10 ,01 Total ,23 14 CV 0.01% C.E. dS/m Entre grupos 5,95 4 1,49 4,66 ,022 Dentro de grupos 3,19 10 ,32 Total 9,15 14 CV 0.27% M.O. % Entre grupos ,82 4 ,20 17,21 ,000 Dentro de grupos ,12 10 ,01 Total ,94 14 CV 0.18% CIC Entre grupos 1,98 4 ,49 ,84 ,53 meq/100g Dentro de grupos 5,91 10 ,59 Total 7,88 14 CV 0.82% Anexo. 14-B. Test de Tukey de conductividad eléctrica en suelo con abono Reacciones químicas=C.E. dS/m HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 2 Suelo Agricola 3 1,6833 Lodo al 37% 3 2,9600 2,9600 Control 3 3,2967 Lodo a 23% 3 3,3133 Lodo al 47% 3 3,3167 Sig. ,112 ,933 Nota: Lodo al 23%: tratamiento 1, lodo al 37%: tratamiento 2 y lodo al 47%: tratamiento 3. 103 Anexo. 15-B. Test de Tukey de materia orgánica en suelo con abono HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 2 Suelo Agrícola 3 1,1300 Lodo al 47% 3 1,2000 Lodo al 37% 3 1,3333 Lodo a 23% 3 1,3800 Control 3 1,8000 Sig. ,105 1,000 Nota: Lodo al 23%: tratamiento 1, lodo al 37%: tratamiento 2 y lodo al 47%: tratamiento 3. An exo. 16-B. Test de Tukey para pH en suelo agrícola con abono HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 Lodo al 60% 3 6,9967 Suelo Agrícola 3 7,0367 Lodo a 20% 3 7,0500 Lodo al 40% 3 7,1733 Control 3 7,2300 Sig. ,123 Anexo. 17-B. ANOVA de fosforo y potasio en el suelo con abono Reacciones químicas Suma de gl Media F Sig. cuadrados cuadrática P ppm Entre grupos 2408,17 4 602,04 13,33 ,001 Dentro de grupos 451,49 10 45,15 Total 2859,65 14 CV 0.4% K ppm Entre grupos 202262,27 4 50565,57 4,67 ,022 Dentro de grupos 108164,67 10 10816,47 Total 310426,93 14 CV 0.5% 104 Anexo. 18-B.Test de Tukey para Fosforo en suelo con abono HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamientos N 1 2 3 Suelo Agricola 3 13,8000 Lodo al 47% 3 32,9000 Lodo al 37% 3 36,1000 36,1000 Lodo a 23% 3 39,2000 39,2000 Control 3 53,1667 Sig. 1,000 ,779 ,066 Nota: Lodo al 23%: tratamiento 1, lodo al 37%: tratamiento 2 y lodo al 47%: tratamiento 3. Anexo. 19-B. Test de Tukey para Potasio en suelo con abono Nota: Lodo al 23%: tratamiento 1, lodo al 37%: tratamiento 2 y lodo al 47%: tratamiento 3. Anexo. 20-B. ANOVA del contenido del metal pesado cadmio en el suelo con abono Suma de gl Media F Sig. cuadrados cuadrática Inter- ,102 4 ,026 ,991 ,456 grupos Intra- ,257 10 ,026 grupos Total ,359 14 CV 0.12 105 Anexo. 21-B. Correlación de Pearson Cadmio y altura de planta Correlaciones Altura de planta (cm) Correlación N de Pearson Sig. (bilateral) Cadmio 15 ,516 ,049 Anexo. 22-B. ANOVA de altura del maíz en centímetros ANOVA Suma de Media Características de la planta cuadrados gl cuadrática F Sig. Altura de planta (cm) Entre grupos 288,30 4 72,08 1,20 ,350 Dentro de grupos 898,22 15 59,88 Total 1186,53 19 CV 0.16% Número de hojas Entre grupos 4,68 4 1,17 ,57 ,690 Dentro de grupos 30,88 15 2,06 Total 35,55 19 CV 0.22 % Grosor de tallo (cm) Entre grupos ,45 4 ,11 1,09 ,397 Dentro de grupos 1,56 15 ,10 Total 2,01 19 CV 0.18% 106 Anexo. 23-B. Test de Tukey para altura de planta en centímetros HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamiento N 1 Control 4 41,5625 Lodo al 40% 4 44,8750 Lodo al 20% 4 48,2500 Lodo al 60% 4 51,0875 Suelo Agrícola 4 51,5625 Sig. ,395 Anexo. 24-B. Test de Tukey para número de hojas de maíz HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamiento N 1 Lodo al 20% 4 5,5000 Lodo al 40% 4 6,0000 Control 4 6,1250 Lodo al 60% 4 6,1250 Suelo Agrícola 4 7,0000 Sig. ,590 Anexo. 25-B. Test de tukey para grosor de tallo HSD Tukeya Subconjunto para alfa = 0.05 Tratamiento N 1 Lodo al 60% 4 1,6174 Control 4 1,6913 Suelo Agrícola 4 1,8454 Lodo al 20% 4 1,9350 Lodo al 40% 4 2,0246 Sig. ,417 107