UPA SEGUNDO BGU

evaluación del primer parcial del segundo quimestre

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Manejo de desechos en granjas pecuarias

Con frecuencia se atribuye el deterioro del entorno rural a las prácticas agrícolas modernas. En particular, los sistemas intensivos de producción pecuaria han alimentado este concepto popular. Por ello, mientras crece la preocupación pública se incrementan las presiones sobre los agricultores para que aseguren el control –y eventualmente la eliminación– de todas las formas de contaminación agrícola.

El manejo inadecuado y la eliminación de los desechos pecuarios son la causa de muchas de las incidencias de contaminación registradas cada año.

Los problemas potenciales varían entre cada región, según los factores locales. El problema de malos olores, por ejemplo, es más significativo en áreas donde la agricultura intensiva está cerca de zonas densamente pobladas o turísticas. Los problemas de escurrimiento representan un riesgo más serio en áreas accidentadas; y las preocupaciones acerca de excesos de nutrientes son más grandes en regiones donde las fuentes de agua potable son particularmente vulnerables. En términos generales, las comunidades con poblaciones altas de animales corren mayor riesgo, y las granjas en dichos lugares enfrentan las presiones más fuertes para prevenir la contaminación. En la mayoría de los casos, estos problemas podrían ser evitados mediante la selección cuidadosa y la aplicación de mejores tecnologías y prácticas de manejo.

Debido a la gran diversidad de sistemas de producción pecuaria en México, no existen técnicas sobre el manejo de desechos que puedan aplicarse universalmente. No obstante, hay varias opciones que nos permiten recomendar un enfoque sistemático para la selección de estrategias apropiadas bajo distintas condiciones. Por lo general, este enfoque puede ayudar al productor a lograr los beneficios más grandes a un costo mínimo. Es más, en muchas instancias, los costos del manejo de desechos pueden ser reducidos por la conversión de desechos en productos útiles, tales como fertilizante orgánico o energía.

En cualquier sistema utilizado para manejar los desechos pecuarios, es importante considerar qué sucede con el material manejado. Desde una perspectiva ambiental, las propiedades más importantes de dichos materiales incluyen: su capacidad de reducir el oxígeno de una corriente de agua (Demanda Biológica de Oxígeno-DBO); el contenido de nutrientes de plantas (nitrógeno, fósforo y potasio), y otros componentes tales como metales pesados, olores y patógenos. La eliminación de desechos a un área insuficiente resultará en la absorción de estos componentes en el ambiente (aire, agua y suelo) a tal extremo que los excedentes causarán contaminación. Un balance preciso puede ser realizado en el caso de elementos como nitrógeno: la parte contenida en el abono aplicado a un cultivo será utilizada en el crecimiento de las plantas; acumulada en el suelo (a corto plazo) o perdida por medio de emisiones a la atmósfera (por ejemplo amoniaco, óxido nitroso o N2 gas) o a agua superficial o subterránea (como la lixiviación de nitrógeno).

En gran parte, este balance de materiales (sobre todo los nutrientes) determinará la estrategia de manejo de los desechos que puede ser empleada. Donde no existe un excedente de nutrientes, el problema principal es emplearlo eficientemente para la producción de cultivos sin provocar contaminación, y sin ser un peligro para la salud humana o animal como resultado de patógenos que podrían estar en el estiércol. Sin embargo, si existe un excedente de nutrientes, hacen falta otros enfoques que permitan también eliminar el riesgo potencial al ambiente local.

Opciones de manejo para lodos y estiércoles sólidos

Respecto de los desechos pecuarios no hay problema sencillo; tampoco una solución simple. Sin embargo, los productores o sus asesores tienen varias opciones a su disposición. En general, un incremento en la inversión podría

conducir de una estrategia de eliminación, con un costo mínimo, a la fabricación de productos potencialmente vendibles.

Aplicación al suelo

Una opción es la aplicación de lodos sin tratamiento a pastizales o áreas arables que es muy atractiva para los productores. Se recomienda excepto donde existe un sobrante de nutrientes o donde el volumen de aplicación sea tan grande que genere un riesgo de contaminación de agua por medio

de escurrimiento o percolación por el suelo. Si la granja se encuentra adyacente a una zona poblada, habrá que tomar medidas para controlar los olores durante la aplicación. Se aconseja a los productores monitorear cuidadosamente sus propias operaciones de aplicación para revisar si hay algún escurrimiento. Sin embargo, y como guía aproximada, la tasa de aplicación máxima en una operación no debería exceder 50 metros cúbicos por hectáreas (es decir, una profundidad de 5 mm) y con un mínimo de tres semanas entre aplicaciones sucesivas. Tampoco se recomienda la aplicación bajo condiciones de suelo congelado o anegado.

El escurrimiento y percolación no son los únicos riesgos ambientales asociados a la aplicación a la tierra. Las emisiones de amoniaco a la atmósfera también pueden constituir un problema. En muchas partes del mundo el empleo de inyectores, aspersoras de baja trayectoria y aspersoras en franjas, son cada vez más comunes. Podrían ser combinadas con pipas de tracción motriz, aspersoras móviles y sistemas de aspersión umbilicales. En casi todos los casos, los sistemas dependen del operador para asegurar una tasa uniforme de aplicación, y en algunos lugares se están introduciendo sistemas más sofisticados para reducir el error debido al operador. Dichos sistemas suelen ser operados por contratistas o grupos de productores para compartir costos.

Almacenamiento

Hasta los productores sin un excedente de nutrientes deben tener atención cuidadosa al tiempo de sus aplicaciones de lodos o estiércol sólido, para que los nutrientes estén disponibles para los cultivos en el momento indicado. Al mismo tiempo, se puede reducir el problema de malos olores por medio de la selección cuidadosa del lugar, hora y las condiciones del tiempo para la aplicación. Las facilidades adecuadas para almacenar dan mayor flexibilidad para la aplicación de prácticas cautelosas de manejo.

Hay muchos tipos y diseños de tanques de almacenamiento de lodos; por ejemplo, lagunas de suelo forradas con caucho, plástico o arcilla; y tanques sobre el suelo de paneles de acero u hormigón acoplados con pernos, y sobre bases de hormigón. Un objetivo muy importante tiene que ser la prevención de derrames o filtraciones, por lo tanto, es mejor evitar la introducción de agua limpia en semejantes estructuras, para reducir el volumen de almacenamiento.

Una tendencia creciente es tapar los almacenes para reducir las emisiones de amoniaco. Esto es costoso pero la tendencia es que algunos gobiernos las exijan legalmente.

Aditivos

Hay muchos productos para resolver los problemas asociados con lodos y estiércoles sólidos. Por lo general, éstos contienen uno o los dos tipos de ingredientes activos:

• Químicos (para ajustar el pH del lodo o inhibir microorganismos); y
• Culturas micróbicas (para convertir materia orgánica en el lodo a otras formas).
Asimismo se pueden usar químicos o microorganismos para cambiar las propiedades de los lodos. Por ejemplo, la adición de ácidos a lodos puede reducir las emisiones de amoniaco por medio de un incremento de los iones de amoniaco (NH4+), mientras se reduce la concentración del amoniaco disuelto (NH3).

Sin embargo, se ha mostrado que frecuentemente es necesario tomar otras medidas (mezclar o airear) para lograr el beneficio completo. También es evidente que los principios de los balances de nutrientes todavía son válidos. ¡Los aditivos no son capaces de hacer desaparecer el lodo!

Separación de sólidos y líquidos

En situaciones en las que los sistemas sencillos de almacenamiento y esparcimiento no resuelvan todos los problemas de manejo de desechos, quizá sea necesario tomar otras medidas, como la separación de sólidos y líquidos. Los beneficios son los siguientes:
• La mayoría de los sólidos separados están suficientemente secos para amontonarlos, mientras que el líquido separado puede manejarse como cualquier fluido. Incluso puede ser esparcido, por medio de aspersoras de riego, y a tasas de aplicación más fácilmente controladas como ocurre con los lodos crudos.
• La cantidad y la DBO del líquido restante son reducidos.
• El líquido tiene menos tendencia de escurrirse, y es absorbido más rápidamente por el suelo.
• Es más fácil tratar el líquido separado que el lodo no separado, para reducir su potencial de contaminar.

Existen diversos tipos de máquinas de separación de lodos, varían desde tamices perforados e inclinados, hasta prensas de banda y centrífugas que son capaces de rendir fibra a 25 por ciento de sólidos totales (ST). El rendimiento de separadoras depende fuertemente de la concentración del lodo crudo. Con efluentes diluidos (por ejemplo, 1-2 por ciento ST) algunas separadoras pueden procesar más que 30 m3/h, a pesar de que 3 a 5 m3/h es más típico con lodos “normales” de porcinos de hasta 8 por ciento de ST.

Sistemas de tratamiento basados en suelos

Una investigación reciente en Europa demostró que algunos desechos líquidos de ganado pueden ser tratados efectivamente con el empleo de filtros biológicos basados en el suelo. Hay dos tipos básicos:

• Sistemas de flujo percolador (empleando suelos permeables como franco arenoso); y
• Sistemas de flujo sobre la tierra (empleando un suelo impermeable como arcilla).

Ambos tipos tienen que construirse para que el suelo en el filtro sea aislado del suelo alrededor (por ejemplo, con el uso de una lona de caucho butilo). En operación, el líquido que debe tratarse se introduce en la parte más alta del filtro, y se recolecta en la parte más baja. De acuerdo con la concentración inicial del líquido y la efectividad del filtro, podría ser necesario reciclar una proporción del líquido para que reciba más tratamiento, o agregar otra etapa de tratamiento aguas abajo. Sistemas de este tipo han sido capaces de reducir el DBO en más de 90 por ciento.

Camas de junco y tratamiento en pantano

Algunas plantas acuáticas (como el junco Phragmites australis) son capaces de crecer en agua rica en nutrientes, y, junto con otros organismos del suelo, pueden remover una parte de ellos y así reducir el potencial contaminante del efluente. Algunos productores en varias partes del mundo emplean este efecto para remover los nutrientes sobrantes de desechos líquidos, y así prevenir la contaminación.

Los sistemas de pantanos son relativamente sencillos, sin embargo están también sujetos a la acumulación de nutrientes a largo plazo. Ésta es una de las razones por las que no son recomendables para desechos concentrados como el lodo de porcinos. En cambio sus usos principales están limitados generalmente a los desechos más diluidos, tales como agua de desecho u otros efluentes pretratados.

Composta y vermicultura

Si se producen estiércoles sólidos por medio de los materiales de lechos para animales, o si se emplea la separación de sólidos y líquidos, la materia sólida puede proveer el material básico para uno de dos procesos subsecuentes: composta y vermicultura. Ambos procesos son capaces de generar productos vendibles.

El proceso de hacer composta es la descomposición de una mezcla de materiales orgánicos de desecho por una variedad de microbios en un ambiente húmedo, caliente y aeróbico. Es un proceso que ocurre naturalmente y puede ser acelerado y empleado comercialmente con la aplicación de las condiciones apropiadas, como sigue:

• Un balance entre C y N en el material de alimentación (idealmente 30:1 por peso). Esto se logra normalmente por la mezcla de materiales de distintas fuentes.
• Una relación aproximada C:P de 100:1.
• Una estructura estable de poros (típicamente 70 por ciento de poros vacíos asegura que haya suficiente espacio de aire para sostener la respiración de los microbios y prevenir un sobrecalentamiento por arriba de 80°C).
• Un contenido de humedad en el rango 5070 por ciento.

La duración del proceso de producir composta depende mucho de la naturaleza de los materiales involucrados, pero típicamente dura entre siete y 30 días. Se aceleran las tasas de producción al airear mecánicamente, y existen máquinas para hacerlo, principalmente han sido desarrolladas para desechos domésticos.

El valor de la composta reside en sus características físicas que pueden mejorar la estructura del suelo y en su contenido rico de nutrientes de liberación lenta. Una buena composta generalmente es de color gris-pardo, textura friable con un olor de suelo o mantillo de hojas, y una alta capacidad de retener agua (hasta 150 por ciento del peso seco del material).

La vermicultura es el manejo controlado de la actividad de lombrices para aprovechar la proteína de las lombrices y desechos trabajados por ellas. El proceso es comparable, en muchos sentidos, con la fabricación de composta, con la diferencia de que se agregan las lombrices al proceso para mejorar la calidad final del producto tratado, y posiblemente para recuperar proteína de los desechos en términos de un rendimiento mayor de proteína de lombrices.

El proceso requiere un manejo más cuidadoso que la composta para mantener las condiciones ambientales correctas para las lombrices: temperatura de 25°C (pero dentro de un rango tolerable de 10-35°C); contenido de humedad 85 por ciento (rango tolerable de 50-90 por ciento; pH 5 (rango tolerable 4-9).

Tratamiento aeróbico-biológico de desechos líquidos

A pesar de que la separación puede contribuir significativamente a la reducción del potencial contaminante de los lodos, el líquido que se queda después de la separación todavía representa una amenaza contaminante seria. En la mayoría de los casos, la aplicación cuidadosa al suelo permite la eliminación segura. A veces dicho método puede ser poco indicado para una granja específica, por lo que un tratamiento aeróbico biológico podría ser útil.

La aireación incrementa la cantidad de oxígeno disponible para las bacterias que aparecen naturalmente en el lodo, y así se incrementa su tasa metabólica y se provoca su multiplicación. La acción de estas bacterias aeróbicas es oxidar biológicamente los compuestos contaminantes en el lodo, y por lo tanto, lo hace menos ofensivo. Los procesos biológicos involucrados son similares a los utilizados para hacer composta, y son efectivos en quitar los componentes reactivos orgánicos tales como ácidos grasos volátiles (AGV). Los principales productos del proceso son CO2, H2O y N2.

Los beneficios esperados de la aireación incluyen:

• La reducción de malos olores y emisiones de metano durante el almacenamiento y la aplicación al suelo.
• Una reducción en el contenido de nitrógeno amoniacal (por medio de nitrificación) y la denitrificación subsecuente.
• Una reducción de la DBO del lodo.
• La inactivación de muchos patógenos (pero no llega a ser una desinfección completa).

Digestión anaeróbica

Típicamente es cinco veces más lenta que el tratamiento aeróbico e involucra la degradación parcial de la materia orgánica por bacterias en la ausencia de oxígeno para producir un biogás (una mezcla de metano y bióxido de carbón) y más bacteria. El proceso también reduce la DBO del lodo. Reducciones más grandes de la DBO pueden ser logradas por la separación de los sólidos del lodo antes de la digestión, a pesar de que esto reduce el rendimiento de biogás.

La mayoría de los sistemas de digestión anaeróbica de desechos de ganado, operan entre 30 y 40°C, y, por lo tanto, dentro del llamado rango mesofílico (20 a 40°C). Sin embargo, la digestión anaeróbica también ocurre en los rangos sicrofílico (<20°C) y termofílico (>40°C de temperatura), aunque éstos involucran a diferentes poblaciones de microorganismos. En climas templados, una parte del biogás tiene que quemarse para calentar el lodo a temperaturas mesofílicas o termofílicas, y esto hace más complicado el diseño y operación del sistema. En regiones más cálidas, las digestiones sicrofílica y mesofílica pueden suceder sin la necesidad de calefacción adicional, y se puede ahorrar algunos costos de operación, aunque sigue siendo muy importante la recolección segura y efectiva del gas sin permitir que se escape a la atmósfera. El metano en la atmósfera es un gas de invernadero significante.

Los beneficios esperados de la digestión anaeróbica incluyen:

• Una reducción de malos olores.
• La desactivación de muchos patógenos (aunque hace falta un tratamiento térmico adicional para lograr una desinfección completa; la temperatura requerida y su duración depende del tipo de desecho y la naturaleza del riesgo de los patógenos).
• Alguna mejora en la disponibilidad de los nutrientes de cultivos.
• La producción de energía a raíz de la combustión del biogás.