Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 33, No. 4, October-December, 2024, ISSN: 2071-0054
Código QR
Cu-ID: https://cu-id.com/2177/v33n4e08
ORIGINAL ARTICLE

Treatment and Use of Pig Residual

 

iDCarlos M. Martínez-HernándezIUniversidad Central “Marta Abreu “de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Cuba. *✉:carlosmh@uclv.edu.cu

iDJosé A. Martínez-OleaIUniversidad Central “Marta Abreu “de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Cuba.

iDLuis Reyes-HernándezIUniversidad Central “Marta Abreu “de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Cuba.

iDManuel Vázquez-ArellanoIICROP Production Robotics, Stuttgart, Alemania.


IUniversidad Central “Marta Abreu “de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Cuba.

IICROP Production Robotics, Stuttgart, Alemania.

 

*Author for correspondence: Carlos M. Martínez-Hernández, e-mail: carlosmh@uclv.edu.cu

ABSTRACT

In the work different proposals were analyzed for the treatment of pig residual, starting from the analysis of the properties of the pigs effluents of a biodigestor located in "Ranchuelo "for their possible use as organic fertilizer; as well as their decontamination possibility. The effect decontaminant of a slow filter of sand was proven combined with the action of a aquatic plant called lettuce of water (Pistia stratiotes) before different dilutions to the effluent in common water. The following treatments were valued: T0 (not dilute), T1 (17%), T2 (14%), T3 (12.5%), T4 (11%) and T5 (10%). The different treatment proposals were valued before different variables. In the effluents, their physical-chemical and microbiology characteristics were determined, previous and later to their step for the bio filter and the oxidation lagoons. It took like indicative cultivation the corn (Zea mays), being evaluated their morphs-physiologic parameters. In most of the effluents, the microbial load could be reduced using the bio filter and its combination with valued oxidation lagoons, obtaining values below the Cuban norms. The analysis of the effluents like bio-fertilizer showed results referred to the germination percent that oscillated among a minimum of 33,3% (T2) and a maximum of 80% (T3) regarding the control TOc (46,6%).

Keywords: 
Pig Effluents, Slow Sand Filters, Oxidation Lagoons, Pistia Stratiotes

Received: 03/3/2024; Accepted: 05/9/2024

Carlos M. Martínez-Hernández, Dr.C. Prof. Titular, Universidad Central “Marta Abreu “de las Villas. Carretera a Camajuaní km.5.5. CP: 54830. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. Tel: 53-42-281692. Fax: 53-42-281608.

José A. Martínez-Olea, Ing. Agrícola, Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. Carretera a Camajuaní km.5.5. CP: 54830. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. Tel: 53-42-281692. Fax: 53-42-281608. e-mail: joseangelmartinezolea@gmail.com

Luis Reyes-Hernández, Msc. Lic. Ciencias Biológicas. Facultad de Cultura Física, Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas, e-mail: lrhernandez@uclv.cu.

Manuel Vázquez-Arrellano, Dr., CROP Production Robotics. Wollgrassweg 49. 70599. Stuttgart. Alemania. e-mail: mvazquez@crop-robotics.com.

The authors of this work declare no conflict of interests.

AUTHOR CONTRIBUTIONS: Conceptualization: C. Martínez, J. Martínez. Data curation: C. Martínez, J. Martínez. Formal Analysis: C. Martínez, J. Martínez. Investigation: C. Martínez, J. Martínez, L. Reyes, M. Vazquez. Methodology: C. Martínez, J. Martínez. Software: C. Martínez. Supervision: C. Martínez, M. Vazquez, Validation: C. Martínez. Visualization: C. Martínez, J. Martínez, L. Reyes, M. Vazquez. Writing - original draft: C. Martínez, J. Martínez, L. Reyes, M. Vazquez y Writing - review & editing: C. Martínez, J. Martínez, L. Reyes, M. Vazquez.

The mention of trademarks of specific equipment, instruments or materials is for identification purposes, there being no promotional commitment in relation to them, neither by the authors nor by the publisher

CONTENT

INTRODUCTION

 

The slow filtration in sand has been broadly used as method to improve the quality of the water in different regions of the planet, due to its simplicity in the operation and to its numerous advantages. In the last decades these they have been implemented to improve the conditions of the water after meteorological events and natural disasters, when the treatment is truncated by the traditional methods of improve or it stops individual use in the housings, having great welcome.

It has been demonstrated that the slow filters of sand have worked in a successful way in areas so much urban as rural around the world, many of which subsist in a precarious way, allowing to improve the public health and quality of the inhabitants' life of these areas, even, it has been evidenced their good operation and the positive impact that generate this type of technologies.

In recent Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016.; Villareal (2017)VILLAREAL, V.M.: Evaluación de materiales locales en la fabricación de filtros para el tratamiento de agua potable, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de diploma (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 50 p., 2017.; Fabregat (2019)FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019.; Llama (2019)LLAMA, D.A.: Evaluación del efecto del filtro lento de arena para el tratamiento de efluentes de lagunas de oxidación en la UCLV, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Hidráulico), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 54 p., 2019.; Sánchez (2020)SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020. and Ramírez (2021)RAMÍREZ, J.L.M.: Análisis del efluente del CAI "George Washington" para su posible uso como abono orgánico, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Rosa, Argentina, 97 p., 2021., the method of slow sand filtration has been evaluated like alternative to obtain not very aggressive effluents of oxidation lagoons to the environment with local materials diminishing costs and offering an alternative before the current conditions of these effluents, which are poured to the means with high value of contamination.

Some of these studies, they have referred to the implementation of systems of slow sand filters to laboratory scale, with the purpose of the effluents that spill in oxidation lagoons trying it stops later on to measure certain parameters of the same ones and to compare them with the Cuban regulatory schemes of waste waters NC-855: 2011 (2011)NC-855: 2011: Utilización de las aguas residuales de la industria azucarera y de derivados en el fertirriego de la caña de azúca, Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, norma cubana, La Habana, Cuba, 13 p., 2011.; NC-27: 2012 (2012)NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012.; NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015..

In the investigations indexed previously, it has been able to verify that the slow sand filters are a good alternative to improve the quality of the bio digesters effluents in production, obtaining high percentages of removal of DQO, DBO5, ST, fecal coliformes, tolerant water heater and Pseudomonas aeruginosas in investigations recent envelope the topic at national and international level.

Motivated by some of the investigations indexed previously and like part of an investigation topic in course of the Department of Agricultural Engineering of the Central University "Marta Abreu" of Las Villas, which has been of interest for private and state producers. With these records, it decided to carry out in the central region of Cuba (province of Villa Clara), the taking of samples of effluents of the biodigestor of the private producer "Niosbany" for their study and valuation, reason why, the results obtained in this investigation could be used as example for the development of future engineering projects that it offer solutions to the outlined problem, with the result that it is defined as investigation objective the following one: To evaluate the effect of the treatment of pig residual and their linking with oxidation lagoons, for different dilution percent’s in water.

MATERIALS AND METHODS

 

Use of the gravel, sand, zeolite and vegetable coal bio filters. Use of the oxidation lagoons to reduced scale. Proposals of treatment plants to real scale.

 

Fabregat (2019)FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019., it built a bio filter to laboratory scale with materials of the territory of Villa Clara and Sancti Spíritus mainly following some of the approaches obtained in the bibliographical revision: as mean size of the particles of the utilized materials. This bio filter was used in the present investigation.

Materials

 

The used materials are of own acquisition and for it was used it a plastic tank of high-density polyethylene (PAD) to 5 L, which was filled forming layers or strata with the following materials: it burdens, washed sand, zeolite, burdens and vegetable coal. The heights of the filtering means were: 8, 8, 6, 3 and 5 cm respectively.

The added volumes of the different utilized substrates as filtering material were: it burdens: 900 cm3; washed sand: 2250 cm3; zeolite: 1125 cm3; it burdens: 450 cm3 and vegetable coal: 900 cm3. The natural zeolite comes from the location of San Juan of the Yeras, Ranchuelo, Villa Clara, presenting more than 61% of material zeolite, with a grain among 0,5 - 2,5 mm and half diameter of 1,1 mm. The slow sand filters were built in recipients of 5 L or 0,005 m3, like it is shown in the Figure 1 with an approximate area of 0.024 m2, and a volume of 0, 0047 m3. In the tank one, was placed the vegetable coal and the gravel; in the tank two, the zeolite was placed and in the tank three the washed sand was placed. The effluents spent in having cracked by each one of the filters.

FIGURE 1.  Slow Sand Filters made. Source: (author file).

The contact beds are separated in strata, the gravel was not sifted, the sand, the zeolite and the vegetable coal present a quite regular grain, the zeolite possesses an irregular grain for what separated the smallest fraction to fulfill the obtained approaches of the consulted bibliography, for such a reason it decided to carry out the granulometric separation using a sieve 4. The materials before described they underwent a maturation process, for that which the different filters contained common water stored for more than 30 days. The parameters to control in the filtration operation were: operation speed, effluent volume, elapsed time, and % expansion, flow of air and effluent for the laundry; as well as the physiochemical characteristics of the tributary and effluent.

As flowing they were considered the pure samples of the respective valued oxidation lagoons; as effluents they were considered the tributaries dilute filtrates and gone by oxidation lagoon to reduced scale of the different valued investigative rehearsals. In each one of these lagoons it spills 1000 ml of the effluents with their later respective dilutions to the step of these for the bio filter. The oxidation lagoons to small scale were built leaving of large bottles of water of 5 L (5 000 cm3) of capacity, which were cut, like it is shown in the figure 2, six lagoons were used, one for each treatment. In these, soil was added (795, 8 g), filtered effluent (1000 mL), calcareous stone (116,7 g) and lettuce of water (Pistia stratiotes) (16,5 g). Once in the oxidation lagoons to reduced scale. The effluents was allowed to rest five days in the lagoons. Finally 1000 ml was collected of each one of the lagoons and they were taken to the ENAST laboratory for its valuation (ENAST-Cuba, 2023ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023.). In the ENAST laboratory surrendered 12 samples: 2 without filtering (SF); 10 filtered in bio filter and gone by oxidation lagoon (FL), which were coded and surrendered in different dates of the investigation (ENAST-Cuba, 2023ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023.). They were analysis object the samples of effluents of the biodigestor "Niosbany" (6). The Fig. 2 shows particulars from the built oxidation lagoons to reduced scale.

FIGURE 2.  Oxidation Lagoons built to reduced scale. Source: (author file).

Taking of samples initials

 

It was carried out in the province of Villa Clara, in the biodigestor "Niosbany", located to the exit from Ranchuelo to 1 km of the national freeway. In all the cases 5000 ml/samples was collected.

In all the taken samples the procedure was made according to the specifications of the laboratory, following the due custody chain and conservation.

Calculation of the thickness of the contact bed in the filters to reduced scale

 

The loss of charge (that is to say, the fall of pressure) that takes place when the clean water flows through a means of clean filter can calculate starting from well-known equations.

The flow through a clean filter of size of ordinary grain (that is to say, of 0, 5 mm to 1, 0 mm) to the ordinary filtration. The speeds (4.9 to 12.2 m/h) they would be in the range of flow to laminate represented by the equation of Kozeny that is dimensionally homogeneous (that is to say, can use any consistent unit that is dimensionally homogeneous) (Letterman, 2010LETTERMAN, R.D.: Water quality and treatment: A Handbook of Community Water Supplie, Ed. McGraw-Hill, Inc., Fifth ed., Toronto, Canada, 2010.).

But as the water to try is not cleans it kept in mind a simpler calculation and it was considered the calculation by the equation of Darcy (Ec. 1 H 1 H 2 = v f k * L ) adapted to a filter (Sánchez, 2014SÁNCHEZ, J.: Ley de Darcy, [en línea], Inst. Dpto de Geología. Universidad de Salamanca, Salamanca. España, 12 p., 2014, Disponible en:http://www.google.com.).

H 1 H 2 = v f k * L
 Ec.1

Where:

L = thickness of the layer of sand;

K or Kf = permeation coefficient;

H1 = peel of water hang-over or to try;

H2 = peel of treated water;

vf = filtration speed in the channel of sand.

Physical - chemical analysis of the tributaries, effluents

 

In the tributaries and effluents that pay to the oxidation lagoon investigated the following indicators they were determined:

  • pH;

  • Electric conductivity (C.E);

  • Total Coliformes and Tolerant water heater;

  • Oxygen Biological Demands (DBO5);

  • Chemistry Oxygen Demands (DQO);

  • Solid sedimentables (S sed);

  • Total nitrogen (Nt);

  • Fatty and oils (Ga);

  • Total phosphorus (Pt);

  • Relationship of absorption of sodium (RAS);

  • Solid soluble total (SST).

All these analyses were carried out in the laboratories of the enterprise of Analysis and Technical Services (ENAST) of Santa Clara. Villa Clara (ENAST-Cuba, 2023ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023.).

Permeability of the materials used in the slow filters

 

The permeability of the slow sand filter was determined in real way based on the studies made by Villareal (2017)VILLAREAL, V.M.: Evaluación de materiales locales en la fabricación de filtros para el tratamiento de agua potable, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de diploma (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 50 p., 2017.; Sánchez (2020)SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020.; Ramírez (2021)RAMÍREZ, J.L.M.: Análisis del efluente del CAI "George Washington" para su posible uso como abono orgánico, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Rosa, Argentina, 97 p., 2021.. The procedure for soil rehearsals was carried out according to that specified by the American Society of Rehearsal and Material (ASTM D 2434, 1997ASTM D 2434: American Society of Test Material, [en línea], 1997, Disponible en: http://www.google.com, [Consulta:16 de marzo de 2018].).

Flow of design of the filter slow filter

 

In this case, with the speed of filtration of the samples and the area of the filter it proceeded to calculate the design flow by means of the Ec. 2 Q = A * v f .

Q = A * v f
 Ec. 2

Where:

Q = flow, cm3/s (mL/s);

To = area of the traverse section of exit of the filter, cm2;

vf = speed of the investigated fluid, cm/s.

Efficiency of removal of the chemical oxygen demand (DQO)

 

For this indicator the expression was used 3 E F = DQOe DQOs DQOe * 100

E F = DQOe DQOs DQOe * 100
 Ec. 3

Where:

DQOe- in flowing;

DQOs- in effluents.

Efficiency of removal of the biological oxygen demand (DBO5)

 

The expression was 4 E F = DBO 5 e DBO 5 s DBO 5 e * 100

E F = DBO 5 e DBO 5 s DBO 5 e * 100
 Ec. 4

Where:

DBOe- DBO5 in flowing;

DBOs- DBO5 in effluents.

Determination of the microbial load in the effluents

 

Once collected the effluents in plastic bottles of 1500 ml, was taken to the laboratory of the ENAST-Cuba (2023)ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023., quickly Santa Clara, Villa Clara, where Total coliformes and Tolerant coliformes water heater were determined. In this case they repeat the later analyses to their step for the slow filter (bio filter) and the oxidation lagoons. With the obtained values it was analyzed if the effluents fulfills the established Cuban norms NC-27: 2012 (2012)NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012. y NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015. regarding Total Coliformes and Tolerant Coliformes water heater.

Determination of the quantity of soil and bio fertilizer to use in the treatments

 

Determination of the quantity of soil and bio fertilizer to use in the treatments to scale of gavels. For the realization of these calculations it left of the type of soil analysis object in the biodigestor "Niosbany" (soil to brown soft carbonated). In this case, knowing the apparent density of the soil (1, 28 g/cm3), it spent to the determination of the weight of the hectare-furrow, by means of the expression 5 X 2.10 9 .

  • Area of a hectare - 10 000 m2 = 1.108 cm2;

  • Volume of a hectare - 1.108. 20 cm2 = 2.109 cm3 (20 cm of depth)

Then the weight of the hectare-furrow was determined by rule of three. Being:

1.28 g/cm3- 2.1 cm3

X 2.10 9
 Ec.5

X= 2.56.109 g/ha

X= 2.56.106 kg/ha

Norm of bio fertilizer application to real scale. This depends on the conditions of fertility of the soil and of the system of irrigable (unirrigated land or with watering) where the cultivation is sustained.

In the case of this study, to know the quantity of bio fertilizer to apply in the different bags for treatment, it took an application dose to real scale of 20 t/ha. Then by means of rule of three, according to expression 6 1 K g X are obtained:

2.56.106 kg - 20000 L

1 K g X
 Ec. 6

X= 0.82.10-2 L

X= 8.2 mL

Experiments under semi-controlled conditions

 

An experiment was mounted under semi-controlled conditions to determine the effect of the effluents obtained in the oxidation lagoon of the private pig biodigestor "Niosbany" as bio fertilizer. These effluents was evaluated by different dilution percent in common water (of well). In such a way, the experiment was executed with six treatments and the control, in each treatment three replicas were mounted, for a total of 21 polyethylene bags stuffed with 1 kg of soil of the private pig biodigestor "Niosbany". The utilized soil as substrate was gone by sieve of 4 mm and like indicative plant was used the corn (Zea mays L.). Later on it proceeded to sow five seeds of corn, for bag. The corn possesses a germination percent in badge Petri of (90.00%), next 10 mL of the effluents was added with the degree of dilution investigation object, filtrates and gone by the oxidation lagoons to reduced scale to reason of 2 mL for seed. In each bag, 200 ml of distilled water was added by bag, to achieve that the humidity of the soil outside of 80% of its field capacity. Two watering’s were applied (200 mL of distilled water /bag) every six days, during the period of investigation. The bags received natural illumination and after twelve days the plants were harvested and the germination percent was determined; as well as the morph physiologic parameters of the indicative cultivation in the treatments and control according to the investigated degree of dilution.

The dilutions investigation object were assumed keeping in mind what establishes the norm NC-855: 2011 (2011)NC-855: 2011: Utilización de las aguas residuales de la industria azucarera y de derivados en el fertirriego de la caña de azúca, Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, norma cubana, La Habana, Cuba, 13 p., 2011..The norm points out that: the mixtures of the effluent (vinaza + it dilutes) they should be in the ranges of 1:6 and 1:10 (residual of alcohol, residual of raw or another water), and that these dilutions are the appropriate ones to water and to fertilize the sugar cane. This methodology was also used with the effluents of the private pig biodigestor "Niosbany". The following treatments were used:

Non dilute T0-Effluent (1000 mL); 1-T1-Effluent dilutes 1/6 (166 mL + 834 mL water); 2-T2-Effluent dilute 1/7(143 mL+ 857 mL water); 3-T3-Effluent dilute 1/8(125 mL+ 875 mL water); 4-T4-Effluent dilute 1/9(111 mL+ 889 mL water); 5-T5-Effluente dilute 1/10(100 mL+ 900 mL water); T0c. Control (without effluents application).

Later to the step of the effluents diluted by the slow sand filter, they take the effluents of the oxidation lagoon (to small scale) pacified during five days of agreement with the dilutions prepared by treatments. The flasks were sealed tightly and they stayed to an ambient temperature in the protected laboratory of the incidence of the sunbeams. In the alone control distilled water was applied. In each one of the bags with soil and indicative cultivation (corn) the dose was applied settled down by treatment and replicas, to observe the results obtained in the morphs physiologic characteristic of the indicative cultivation.

Morphs physiologic parameter of the indicative plants

 
  • Height of the Plants (AP) and Longitude of the Root (LR): they were measured with a metric tape, in cm.

  • Weigh Fresh of Foliage and Root for separate (PFF and PFR): recently harvested they are weighed in an analytic scale, in grams.

  • Dry weight of Foliage and Root for separate (PSF and PSR): the samples were put in the stove to 65 °C during 48 hours and then they were weighed in an analytic scale, in grams.

For the above-mentioned, the protocols and procedures were continued settled down in the Cuban norms NC.

Statistical analysis

 

For the statistical prosecution the professional application software STATISTICA was used, Version 7 on Windows XP. Analysis of Variance of simple classification was applied with the test of comparison of stockings of Tukey HSD, verifying the homogeneity of the variance, for treatments with same number of repetitions for the determination of the statistical differences among the different valued treatments.

RESULTS AND DISCUSSION

 

Calculation of the thickness of the contact bed: Substituting in the equation of Darcy (Ec.1 H 1 H 2 = v f k * L ) adapted to a filter.

The thickness of the contact bed threw a value similar to L = 5 cm, however it was assumed = 8 cm, practically 62.5% superior to that determined by calculation, in order to obtaining a good filtrate of the pig effluents, to the being these a fluid with high value of contamination.

Flow of design of the slow sand filter

 

Using the expression 2 Q = A * v f .

A value of Q=0, 02 x10-6 m3/s was obtained. It clears up that for the determination of the flow of design of the filter common water was used as fluid, nevertheless also it was determined with all the efluentes with its different investigated degrees of dilution.

Efficiency of removal of the Chemical Oxygen Demand (DQO)

 

Using the expression 3 E F = DQOe DQOs DQOe * 100

Efficiency of removal of the Biological Oxygen Demand (DBO5).

 

Using the expression 4 E F = DBO 5 e DBO 5 s DBO 5 e * 100

It was obtained the results that it shows the Table 1.

TABLE 1.  Efficiency of removal of the DQO
Treatment Effluents dilute (%) DQO (mg L-1) Before. No. 1759 SF DQO (mg L-1) After. No. 1764 % Efficiency of removal of DQO
T0- (n. d) 424 N.e
T1- (16, 66 %) 424 300 70,75
T2- (14, 28 %) 424 150 35,37
T3- (12, 5 %) 424 100 23,58
T4- (11, 11%) 424 64 15,09
T5- (10 %) 424 56 13,20

N.e - not valued; N.d-not diluted: 1759 SF (without filtering) and 1764 FL (filtrates and gone by oxidation lagoons).

Of the analysis of the Table 1, it could appreciate that the effluents coming from all the treatments of the oxidation lagoon of the "Biodigestor Niosbany" evaluated, they fulfill the norm NC-27: 2012 (2012)NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012. in both valued samples (No.1759 and No.1764) once these effluents is filtered and gone by the respective oxidation lagoons it could appreciate a reduction of this variable as it diminishes the degree of dilution, showing a good effect from the slow sand filters when reducing the value of the DQO, that which agrees with previous investigations reported by Ramírez (2021)RAMÍREZ, J.L.M.: Análisis del efluente del CAI "George Washington" para su posible uso como abono orgánico, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Rosa, Argentina, 97 p., 2021.. According to Torres (2015)TORRES, A.: Analisis de aguas residuales, [en línea], Inst. Laboratorio Medio Ambiente. Diputacion Provincial de Granada, Granada, España, 2015, Disponible en:http://www.google.com. in the biological reactors the control of the quantity of dissolved oxygen is one from the critical values to control.

It was obtained the results that it shows the Table 2.

TABLE 2.  Efficiency of removal of the DBO5
Treatment Effluents dilute (%) DBO5 (mg L-1) Before. No. 1759 SF DBO5 (mg L-1) After. No. 1764 FL % Efficiency of removal DBO5
T0- (n. d) 200 N.e
T1- (16, 66 %) 200 170 85,00
T2- (14, 28 %) 200 150 75,00
T3- (12, 5 %) 200 60 30,00
T4- (11, 11%) 200 30 15,00
T5- (10 %) 200 25 12,50

N.e - not valued; N.d-not diluted: 1759 SF (without filtering) and 1764 FL (filtrates and gone by oxidation lagoons).

In the effluents of the "Biodigestor Niosbany" (Table 2), it could appreciate that all the treatments of the sample (Not 1759), and they fulfill that settled down by the Cuban norm NC-27: 2012 (2012)NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012.. however when going by the bio filter (No.1764), in all the treatments, a reduction of the value of this variable was presented, the same as with the previous variable, that which reaffirms the good work of the slow sand filter.

Determination of the microbial load in the effluents

 

Of the analysis of the different treatments in the Laboratory of the ENAST, it was obtained the results that it shows the Table 3. A comparison is presented among the samples 1759 SF (without filtering) and 1764 FL (filtrates and gone by lagoons).

TABLE 3.  Microbiologic analysis of the previous and later analyzed effluents to the filtrate
Treatment Effluents dilute (%) Total coliformes (NMP/100) Tolerant coliformes (NMP/100) Total coliformes (NMP/100) Tolerant coliformes (NMP/100)
before 1759 SF before 1759 SF After 1764 FL After 1764 FL
T0- (n. d) 1,2x103 170 N.e N.e
T1- (16, 66 %) 1,2x103 170 610 70
T2- (14, 28 %) 1,2x103 170 390 130
T3- (12, 5 %) 1,2x103 170 240 33
T4- (11, 11%) 1,2x103 170 440 79
T5- (10 %) 1,2x103 170 290 33

N.e - not valued; N.d-not diluted: 1759 SF (without filtering) and 1764 FL (filtrates and gone by oxidation lagoons). NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015.. Permissible limits: NMP: Total Coliformes <1000 NMP/100 mL; Tolerant Coliformes water heater <1600 NMP/100 mL

The results obtained in the Total coliformes previous to the filtration process in the analyzed treatments, show contamination (above that specified in the NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015.. In the case of the Tolerant coliformes water heaters, one could observe a low contamination; however, later to the bio-filtration process, so much in the Total coliformes as in the Tolerant coliformes water heater one could observe that it was able to lower the polluting load in all the treatments executing that specified by the Cuban norm NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015.. Reaffirming the good work of the bio filter group and the valued oxidation lagoons. These investigations contribute to the study of the topic, which had been valued in previous works made for Martínez et al., (2014)MARTÍNEZ, C.; MARAÑON, E.; GARCÍA, Y.; CUPULL, R.; DELGADO, D.C.: “Studies atthe biogas plant called “Niña Bonita””, En: AGROCENTRO, 2014 (VI th Edition of Agricultural Engineering Symposium), Ed. AGROCENTRO, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, p. 8, 2014, ISBN: 978-959-250-973-3.; Sosa (2015)SOSA, C.M.: Parámetros de control y monitoreo del proceso en digestores anaerobios de pequeña escala y diferentes tecnolgías, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 80 p., 2015.; Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016.; Fabregat (2019)FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019. and Sánchez (2020)SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020. in residual of the sugar industry. In this aspect it should stand out that the dilute effluents and filtrates and the use of the bio-remedy plant (Pistia stratiotes), in oxidation lagoons to reduced scale didn't show goods necrosantes in this plant, neither inhibitory effect of their growths, as if they were found in the work of Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016., using pig effluents with technical similar of bio-filtrate. That which showed that the virulence or aggressiveness of these effluents once filtrates went inferior to the effluents of the bio digesters investigated for Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016. and Fabregat (2019)FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019., which used like bio-remedy plant the lentil of water (lemna minor).

Results referred to the pH and the conductivity

 

These results are shown in the Table 4.

TABLE 4.  Investigated obtained results of the residual ones contrasted with the NC-855: 2011 (2011)NC-855: 2011: Utilización de las aguas residuales de la industria azucarera y de derivados en el fertirriego de la caña de azúca, Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, norma cubana, La Habana, Cuba, 13 p., 2011.
*Approaches Treatment valuated Conductivity (C.E) mmhos/cm Sales solubles totales (SST) ppm Relación de adsorción de sodio (RAS) pH
Good < 1,50 < 960 < 4 6-7
Regular 1,50-1,80 960-1150 4-7 5-6 ó 7-7,8
Bad 1,80-2,40 1150-1530 7-10 4-5 ó 7,8-8,4
Cannot be use > 2,4 > 1530 > 10 < 4 ó > 8,4
No.1759 T0- (n. d) 1,947 n.e n.e 9,02
No.1760 FL T1- (16, 66 %) 0,821 n.e n.e 8,11
No.1761 FL T2- (14, 28 %) 0,616 n.e n.e 7,90
No.1762 FL T3- (12, 5 %) 0,556 n.e n.e 7,43
No.1763 FL T4- (11, 11%) 0,937 n.e n.e 7,20
No.1764 FL T5- (10 %) 0,819 n.e n.e 7,47

TO - non dilute effluent, non-filtrate; n.e-no evaluated; No.1761… .1764 FL - diluted Effluents, filtrates and gone by oxidation lagoons to small scale. Among parenthesis, percent of dilution of the effluents.

In the variable conductivity, the treatments T1, T2, T3, T4 and T5 (they are classified as well); TO (it is classified as bad). In the variable pH, the treatments T3, T4, T5 (they are classified as regular), T1 and T2 (they are classified as bad) and TO (cannot be use).

Indicative morphs physiologic parameter in the indicative plants

 

In the Figure 3 the behavior of the germination percent is observed in the different valued treatments.

FIGURE 3.  Effect of the treatments on the germination of the indicative cultivation plant (corn). TOc, TO, T1, T2, T3, T4 and T5. (Efluentes Biodigestor "Niosbany").

Of the analysis of the Fig.3, it was observed that except the treatment T2, the other treatments overcome to the control (TOc) in this indicator by the variable germination percent (mean value), included the non-dilute effluent of the "Biodigestor Niosbany". This result contrasts favorably with the results obtained for Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016. in pig residual coming from bio digesters and for Sánchez (2020)SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020. in sugar residual of the "Carlos Baliño" sugar mill which didn't obtain results so satisfactory with regard to the germination percent, using methodologies similar to the employees in this investigation.

In the Figure 4, the effect of the treatments of the effluents is shown on the height of the plant (AP).

FIGURE 4.  Effect of the treatments on the height of the indicative plant. TOc, TO, T1, T2, T3, T4 and T5.(Effluents Biodigestor "Niosbany").

One could observe that the best behavior was obtained with T4 (371, 42 mm), being the worst the treatment T1 (292, 22 mm) regarding the control TOc (306, 42 mm). This demonstrates that the dilution and filtrate of the effluents influenced positively in this variable.

In the Fig. 5, the relative results are shown to the longitude of the root.

FIGURE 5.  Effect of the treatments on the longitude of the root of the indicative plant. TOc, TO, T1, T2, T3, T4 and T5. (Effluents Biodigestor "Niosbany").

One could observe that the best behavior was obtained with T2 (140, 00 mm), being the worst the treatment T4 (100, 00 mm) regarding the control TOc (147, 85 mm). In this case no treatment overcame to the control. Other morphs physiologic properties are not presented in this work by question of available space in this publication.

CONCLUSIONS

 
  • It confirmed the good work group of the bio filter and the oxidation lagoon to reduced scale.

  • The step of the effluents for the bio filter and oxidation lagoon, allowed to reduce the pH values, electric conductivity, oxygen chemistry demands (DQO) and biological oxygen demand (DBO5), allowing the use of the effluents in the fertilization.

  • The germination percent, except in the treatment T2, overcomes to the control (TOc), what reaffirms that the step of these effluents for the system (slow sand filter and oxidation lagoon) it caused the decrease of the aggressiveness of these effluents.

RECOMMENDATIONS

 
  • To carry out a study about the efficiency in the decontamination of the waste waters of the oxidation lagoons in sugar mill.

  • To execute the proposal from the slow bio filter to real scale with the purpose of correlating the obtained results to small scale.

REFERENCES

 

ASTM D 2434: American Society of Test Material, [en línea], 1997, Disponible en: http://www.google.com, [Consulta:16 de marzo de 2018].

ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023.

FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019.

FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016.

LETTERMAN, R.D.: Water quality and treatment: A Handbook of Community Water Supplie, Ed. McGraw-Hill, Inc., Fifth ed., Toronto, Canada, 2010.

LLAMA, D.A.: Evaluación del efecto del filtro lento de arena para el tratamiento de efluentes de lagunas de oxidación en la UCLV, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Hidráulico), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 54 p., 2019.

MARTÍNEZ, C.; MARAÑON, E.; GARCÍA, Y.; CUPULL, R.; DELGADO, D.C.: “Studies atthe biogas plant called “Niña Bonita””, En: AGROCENTRO, 2014 (VI th Edition of Agricultural Engineering Symposium), Ed. AGROCENTRO, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, p. 8, 2014, ISBN: 978-959-250-973-3.

NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012.

NC-855: 2011: Utilización de las aguas residuales de la industria azucarera y de derivados en el fertirriego de la caña de azúca, Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, norma cubana, La Habana, Cuba, 13 p., 2011.

NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015.

RAMÍREZ, J.L.M.: Análisis del efluente del CAI "George Washington" para su posible uso como abono orgánico, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Rosa, Argentina, 97 p., 2021.

SÁNCHEZ, J.: Ley de Darcy, [en línea], Inst. Dpto de Geología. Universidad de Salamanca, Salamanca. España, 12 p., 2014, Disponible en:http://www.google.com.

SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020.

SOSA, C.M.: Parámetros de control y monitoreo del proceso en digestores anaerobios de pequeña escala y diferentes tecnolgías, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 80 p., 2015.

TORRES, A.: Analisis de aguas residuales, [en línea], Inst. Laboratorio Medio Ambiente. Diputacion Provincial de Granada, Granada, España, 2015, Disponible en:http://www.google.com.

VILLAREAL, V.M.: Evaluación de materiales locales en la fabricación de filtros para el tratamiento de agua potable, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de diploma (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 50 p., 2017.

Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 33, No. 4, October-December, 2024, ISSN: 2071-0054
 
ARTÍCULO ORIGINAL

Tratamiento y uso de residuales porcinos

 

iDCarlos M. Martínez-HernándezIUniversidad Central “Marta Abreu “de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Cuba. *✉:carlosmh@uclv.edu.cu

iDJosé A. Martínez-OleaIUniversidad Central “Marta Abreu “de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Cuba.

iDLuis Reyes-HernándezIUniversidad Central “Marta Abreu “de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Cuba.

iDManuel Vázquez-ArellanoIICROP Production Robotics, Stuttgart, Alemania.


IUniversidad Central “Marta Abreu “de las Villas, Santa Clara. Villa Clara. Cuba.

IICROP Production Robotics, Stuttgart, Alemania.

 

*Autor para correspondencia: Carlos M. Martínez-Hernández, e-mail: carlosmh@uclv.edu.cu

RESUMEN

En el trabajo se analizaron diferentes propuestas para el tratamiento de residuales porcinos, a partir del análisis de las propiedades de los efluentes porcinos de un biodigestor ubicado en “Ranchuelo “para su posible uso como fertilizante orgánico; así como su posibilidad de descontaminación. Se probó el efecto descontaminante de un filtro lento de arena combinado con la acción de una planta biorremediadora lechuga de agua (Pistia stratiotes) ante diferentes diluciones efectuadas al efluente en agua común. Fueron valorados los siguientes tratamientos: T0 (no diluido), T1 (17%), T2 (14%), T3 (12.5%), T4 (11%) y T5 (10%). Se valoraron las diferentes propuestas de tratamiento ante diferentes variables. En los efluentes, se determinaron sus características físico-químicas y microbiológicas, anteriores y posteriores a su paso por el biofiltro y las lagunas de oxidación. Se tomó como cultivo indicador el maíz (Zea mays), evaluándose sus parámetros morfo fisiológicos. En la mayoría de los efluentes, la carga microbiana pudo ser reducida utilizando el biofiltro y su combinación con lagunas de oxidación valoradas, obteniendo valores por debajo de las normas cubanas. El análisis de los efluentes como bioabonos mostró resultados referidos al porciento de germinación que oscilaron entre un mínimo de 33,3% (T2) y un máximo de 80% (T3) respecto al control TOc (46,6%).

Palabras clave: 
efluentes porcinos, filtros lentos de arena, lagunas de oxidación, Pistia stratiotes

INTRODUCCIÓN

 

La filtración lenta en arena ha sido ampliamente usada como método para mejorar la calidad del agua en diferentes regiones del planeta, debido a su simplicidad en la operación y a sus numerosas ventajas. En las últimas décadas estos han sido implementados para mejorar las condiciones del agua después de eventos meteorológicos y desastres naturales, cuando se ve truncado el tratamiento por los métodos tradicionales de potabilización o para uso individual en las viviendas, teniendo gran acogida.

Se ha demostrado que los filtros lentos de arena han funcionado de manera exitosa en zonas tanto urbanas como rurales alrededor del mundo, muchas de las cuales subsisten de manera precaria, permitiendo mejorar la salud pública y calidad de vida de los habitantes de éstas zonas, incluso, se ha evidenciado su buen funcionamiento y el impacto positivo que generan este tipo de tecnologías.

En investigaciones recientes Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016.; Villareal (2017)VILLAREAL, V.M.: Evaluación de materiales locales en la fabricación de filtros para el tratamiento de agua potable, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de diploma (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 50 p., 2017.; Fabregat (2019)FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019.; Llama (2019)LLAMA, D.A.: Evaluación del efecto del filtro lento de arena para el tratamiento de efluentes de lagunas de oxidación en la UCLV, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Hidráulico), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 54 p., 2019.; Sánchez (2020)SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020. y Ramírez (2021)RAMÍREZ, J.L.M.: Análisis del efluente del CAI "George Washington" para su posible uso como abono orgánico, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Rosa, Argentina, 97 p., 2021., se ha evaluado el método de filtración lenta en arena como alternativa para obtener efluentes de lagunas de oxidación poco agresivos al medio ambiente con materiales locales disminuyendo costos y ofreciendo una alternativa ante las condiciones actuales de estos efluentes, los cuales son vertidos al medio con alto valor de contaminación.

Algunos de estos estudios, se han referido a la implementación de sistemas de filtros lentos de arena a escala de laboratorio, con el fin de tratar los efluentes que se vierten en lagunas de oxidación para posteriormente medir ciertos parámetros de los mismos y compararlos con las normativas cubanas NC-855: 2011 (2011)NC-855: 2011: Utilización de las aguas residuales de la industria azucarera y de derivados en el fertirriego de la caña de azúca, Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, norma cubana, La Habana, Cuba, 13 p., 2011.; NC-27: 2012 (2012)NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012.; NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015. de aguas residuales.

En las investigaciones referenciadas anteriormente, se ha podido constatar que los filtros lentos de arena son una buena alternativa para mejorar la calidad de los efluentes de biodigestores en producción, obteniendo altos porcentajes de remoción de DQO, DBO5, ST, coliformes fecales, termo tolerantes y Pseudomonas aeruginosas en investigaciones recientes sobre el tema a nivel nacional e internacional.

Motivado por algunas de las investigaciones referenciadas previamente y como parte de un tema de investigación en curso del Dpto. de Ingeniería Agrícola de la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas, el cual ha sido de interés para productores privados y estatales. Con estos antecedentes, se decidió llevar a cabo en la región central de Cuba (provincia de Villa Clara), la toma de muestras de efluentes del biodigestor del productor privado “Niosbany” para su estudio y valoración, por lo cual, los resultados obtenidos en esta investigación pudieran ser usados como base para el desarrollo de futuros proyectos de ingeniería que brinden soluciones a la problemática planteada, de ahí que se defina como objetivo de investigación el siguiente: Evaluar el efecto del tratamiento de residuales porcinos y su vinculación con lagunas de oxidación, para diferentes porcientos de dilución en agua.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

Utilización del biofiltro de grava, arena, zeolita y carbón vegetal. Utilización de las lagunas de oxidación a escala reducida. Propuestas de plantas de tratamiento a escala real

 

Fabregat (2019)FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019., construyó un biofiltro a escala de laboratorio con materiales del territorio de Villa Clara y Sancti Spíritus principalmente siguiendo algunos de los criterios obtenidos en la revisión bibliográfica: como tamaño medio de las partículas de los materiales utilizados. Este biofiltro fue utilizado en la presente investigación.

Materiales

 

Los materiales usados son de adquisición propia y para ello se utilizó 1 tanque plástico de polietileno de alta densidad (PAD) a 5 L, el cual fue llenado formando capas o estratos con los siguientes materiales: grava, arena lavada, zeolita, grava y carbón vegetal. Las alturas de los medios filtrantes fueron: 8, 8, 6, 3 y 5 cm respectivamente.

Los volúmenes añadidos de los diferentes sustratos utilizados como material filtrante fueron: grava: 900 cm3; arena lavada: 2250 cm3; zeolita: 1125 cm3; grava: 450 cm3 y carbón vegetal: 900 cm3. La zeolita natural procede del yacimiento de San Juan de los Yeras, Ranchuelo, Villa Clara, presentando más de 61% de material zeolítico, con una granulometría entre 0,5 - 2,5 mm y diámetro medio de 1,1 mm. Los filtros lentos fueron construidos en recipientes de 5 L o 0,005 m3, como se muestra en la Figura 1 con un área aproximada de 0.024 m2, y un volumen de 0,0047 m3. En el tanque uno, se colocó el carbón vegetal y la grava; en el tanque dos, se colocó la zeolita y en el tanque tres se colocó la arena lavada. Los efluentes se pasaron en cascada por cada uno de los filtros.

FIGURA 1.  Filtros lentos de arena confeccionados. Fuente: (archivo del autor).

Las capas filtrantes están separadas en estratos, la grava no se tamizó, la arena, la zeolita y el carbón vegetal presentan una granulometría bastante regular, la zeolita posee una granulometría irregular por lo que se separó la fracción más pequeña para cumplir con los criterios obtenidos de la bibliografía consultada, por tal motivo se decidió realizar la separación granulométrica utilizando un tamiz 4. Los materiales antes descritos se sometieron a un proceso de maduración, para lo cual los diferentes filtros contenían agua común almacenada por más de 30 días. Los parámetros a controlar en la operación de filtración fueron: velocidad de operación, volumen de efluente, tiempo de la operación, % expansión, flujo de aire y efluente para el lavado; así como las características fisicoquímicas del afluente y efluente.

Como afluentes se consideraron las muestras puras de las respectivas lagunas de oxidación evaluadas; como efluentes se consideraron los afluentes diluidos filtrados y pasados por laguna de oxidación a escala reducida de los diferentes ensayos investigativos valorados. En cada una de estas lagunas se vierte 1000 ml de los efluentes con sus respectivas diluciones posterior al paso de estos por el biofiltro. Las lagunas de oxidación a pequeña escala se construyeron partiendo de botellones de agua de 5 L (5 000cm3) de capacidad, los cuales fueron seccionados, como se muestra en la Figura 2, se utilizaron seis lagunas, una para cada tratamiento. En estas, se añadió suelo (795,8 g), efluente filtrado (1000 mL), piedra caliza (116,7 g) y lechuga de agua (Pistia stratiotes) (16,5 g). Una vez en las lagunas de oxidación a escala reducida. Los efluentes se dejaron reposar cinco días en las lagunas. Finalmente se colectaron 1000 ml de cada uno de las lagunas y se llevaron al laboratorio ENAST para su valoración (ENAST-Cuba, 2023ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023.). En el laboratorio ENAST se entregaron 12 muestras: 2 sin filtrar (SF); 10 filtradas en biofiltro y pasadas por laguna de oxidación (FL), las cuales fueron codificadas y entregadas en diferentes fechas de la investigación (ENAST-Cuba, 2023ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023.). Fueron objeto de análisis las muestras de efluentes del biodigestor “Niosbany” (6). La Figura 2 muestra detalles de las lagunas de oxidación construidas a escala reducida.

FIGURA 2.  Lagunas de oxidación construidas a escala reducida. Fuente: (archivo del autor).

Toma de muestras iniciales

 

Se realizó en la Provincia de Villa Clara, en el biodigestor “Niosbany”, ubicado a la salida de Ranchuelo a 1 km de la autopista nacional. En todos los casos se colectaron 5000 ml/muestra.

En todas las muestras tomadas se efectuó el procedimiento de acuerdo a las especificaciones del laboratorio, siguiendo la debida cadena de custodia y conservación.

Cálculo del espesor de la capa filtrante en los filtros a escala reducida

 

La pérdida de carga (es decir, la caída de presión) que se produce cuando el agua limpia fluye a través de un medio de filtro limpio se puede calcular a partir de ecuaciones conocidas.

El flujo a través de un filtro limpio de tamaño de grano ordinario (es decir, de 0,5 mm a 1,0 mm) a la filtración ordinaria. Las velocidades (4,9 a 12,2 m/h) estarían en el rango de flujo laminar representado por la ecuación de Kozeny que es dimensionalmente homogénea (es decir, se puede usar cualquier unidad consistente que sea dimensionalmente homogéneo) (Letterman, 2010LETTERMAN, R.D.: Water quality and treatment: A Handbook of Community Water Supplie, Ed. McGraw-Hill, Inc., Fifth ed., Toronto, Canada, 2010.).

Pero como el agua a tratar no es limpia se tuvo en cuenta un cálculo más simple y se consideró el cálculo por la ecuación de Darcy (Ec. 1 H 1 H 2 = v f k * L ) adaptada a un filtro (Sánchez, 2014SÁNCHEZ, J.: Ley de Darcy, [en línea], Inst. Dpto de Geología. Universidad de Salamanca, Salamanca. España, 12 p., 2014, Disponible en:http://www.google.com.).

H 1 H 2 = v f k * L
 Ec.1

donde:

L= grosor de la capa de arena;

K o Kf = coeficiente de permeabilidad

H1 = pelo de agua cruda o a tratar;

H2 = pelo de agua tratada;

vf = velocidad de filtración en el lecho de arena.

Análisis físico - químico de los afluentes, efluentes

 

En los afluentes y efluentes que tributan a la laguna de oxidación investigada se determinaron los siguientes indicadores:

  • conductividad eléctrica (C.E);

  • Coliformes termo tolerantes y totales;

  • Demanda biológica de oxígeno (DBO5);

  • Demanda química de oxígeno (DQO);

  • Sólidos sedimentables (S sed);

  • Nitrógeno total (Nt);

  • Grasas y aceites (Ga);

  • Fósforo total (Pt);

  • Relación de absorción de sodio (RAS);

  • Sales solubles totales (SST).

Todos estos análisis fueron realizados en los laboratorios de la Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST) de Santa Clara. Villa Clara (ENAST-Cuba, 2023ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023.).

Permeabilidad de los materiales utilizados en los filtros lentos

 

La permeabilidad del filtro lento de arena fue determinada de forma real basado en los estudios efectuados por Villareal (2017)VILLAREAL, V.M.: Evaluación de materiales locales en la fabricación de filtros para el tratamiento de agua potable, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de diploma (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 50 p., 2017.; Sánchez (2020)SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020.; Ramírez (2021)RAMÍREZ, J.L.M.: Análisis del efluente del CAI "George Washington" para su posible uso como abono orgánico, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Rosa, Argentina, 97 p., 2021.. El procedimiento para ensayos de suelo se realizó según lo estipulado por la Sociedad Americana de Ensayo y Materiales (ASTM D 2434, 1997ASTM D 2434: American Society of Test Material, [en línea], 1997, Disponible en: http://www.google.com, [Consulta:16 de marzo de 2018].).

Caudal de diseño del filtro filtro lento

 

En este caso, con la velocidad de filtración de las muestras y el área del filtro se procedió a calcular el caudal de diseño mediante la Ec. 2 Q = A * v f .

Q = A * v f
 Ec. 2

donde:

Q = caudal, cm3/s (mL/s);

A= área de la sección transversal de salida del filtro, cm2;

vf= velocidad del fluido investigado, cm/s.

Eficiencia de remoción de la demanda química de oxígeno (DQO)

 

Para este indicador se utilizó la expresión 3 E F = DQOe DQOs DQOe * 100

E F = DQOe DQOs DQOe * 100
 Ec. 3

donde:

DQOe - en afluentes;

DQOs en efluentes.

Eficiencia de remoción de la demanda biológica de oxígeno (DBO5)

 

Se utilizó la expresión 4 E F = DBO 5 e DBO 5 s DBO 5 e * 100

E F = DBO 5 e DBO 5 s DBO 5 e * 100
 Ec. 4

donde:

DBOe - DBO5 en afluentes;

DBOs DBO 5    - en efluentes

Determinación de la carga microbiana en los efluentes

 

Una vez colectado los efluentes en pomos plásticos de 1500 ml, se llevaron rápidamente al laboratorio del ENAST-Cuba (2023)ENAST-CUBA: Informe final de resultados de ensayo, Inst. Empresa Nacional de Análisis y Servicios Técnicos (ENAST)., Informe final, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2023., Santa Clara, Villa Clara, donde se determinaran coliformes totales y coliformes termo tolerante. En este caso se repiten los análisis posteriores a su paso por el filtro lento (biofiltro) y las lagunas de oxidación. Con los valores obtenidos se analizó si los efluentes cumplen con las normas cubanas establecidas NC-27: 2012 (2012)NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012. y NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015. respecto a Coliformes totales y Coliformes termo tolerantes.

Determinación de la cantidad de suelo y bioabonos a utilizar en los tratamientos

 

Determinación de la cantidad de suelo y bioabonos a utilizar en los tratamientos a escala de macetas. Para la realización de estos cálculos se partió del tipo de suelo objeto de análisis en el biodigestor “Niosbany” (suelo pardo mullido carbonatado). En este caso, conociendo la densidad aparente del suelo (1,28 g/cm3), se pasó a la determinación del peso de la ha-surco, mediante la expresión 5 X 2.10 9 .

  • Área de una hectárea- 10 000 m2 = 1,108 cm2;

  • Volumen de una hectárea- 1,108.20 cm2 = 2,109 cm3 (20 cm de profundidad)

Entonces el peso de la ha-surco se determinó por regla de tres. Quedando:

1,28 g/cm3- 2,1 cm3

X 2.10 9
 Ec.5

X= 2,56.109 g/ha

X= 2,56.106 kg/ha

Norma de aplicación de bioabonos a escala real. Esto depende de las condiciones de fertilidad del suelo y del sistema de regadío (secano o con riego) donde se sustenta el cultivo.

En el caso de este estudio, para conocer la cantidad de bioabonos a aplicar en las diferentes bolsas por tratamiento, se tomó una dosis de aplicación a escala real de 20 t/ha. Entonces mediante regla de tres, según expresión 6 1 K g X se obtiene:

2,56.106 kg - 20000 L

1 K g X
 Ec. 6

X= 0,82.10-2 L

X= 8,2 mL

Experimentos en condiciones semi-controladas

 

Se montó un experimento en condiciones semi-controladas para determinar el efecto de los efluentes obtenidos en la laguna de oxidación del biodigestor porcino privado “Niosbany” como bioabonos. Se evaluaron estos efluentes en diferentes porcientos de dilución en agua común (de pozo). De tal manera, el experimento se ejecutó con 6 tratamientos y el control, en cada tratamiento se montaron tres réplicas, para un total de 21 bolsas de polietileno rellenadas con 1 kg de suelo del biodigestor porcino privado “Niosbany”. El suelo utilizado como sustrato fue pasado por tamiz de 4 mm y como planta indicadora se utilizó el maíz (Zea mays L.). Posteriormente se procedió a sembrar cinco semillas de maíz, por bolsa. El maíz posee un porciento de germinación en placa Petri de (90,00%), a continuación, se añadió 10 ml de los efluentes con el grado de dilución objeto de investigación, filtrados y pasados por las lagunas de oxidación a escala reducida a razón de 2 mL por semilla. En cada bolsa, se añadió 200 ml de agua destilada por bolsa, para lograr que la humedad del suelo fuera de 80% de su capacidad de campo. Se aplicaron dos riegos (200 ml de agua destilada/bolsa) cada 6 días, durante el período de investigación. Las bolsas recibieron iluminación natural y al cabo de doce días se cosecharon las plantas y se determinó el porciento de germinación; así como los parámetros morfo fisiológicos del cultivo indicador en los tratamientos y control de acuerdo al grado de dilución investigado.

Las diluciones objeto de investigación fueron asumidas teniendo en cuenta lo que establece la norma NC-855: 2011 (2011)NC-855: 2011: Utilización de las aguas residuales de la industria azucarera y de derivados en el fertirriego de la caña de azúca, Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, norma cubana, La Habana, Cuba, 13 p., 2011.. La norma señala que: las mezclas del efluente (vinaza + agua) deben estar en los rangos de 1:6 y 1:10 (residual de alcohol, residual de crudo u otra agua), y que estas diluciones son las adecuadas para regar y fertilizar la caña de azúcar. Esta metodología fue utilizada también con los efluentes del biodigestor porcino privado “Niosbany”. Se utilizaron los siguientes tratamientos:

T0-Efluente no diluido (1000 mL); 1-T1-Efluente diluido1/6 (166 mL + 834 mL agua); 2-T2-Efluente diluido 1/7(143 mL+ 857mL agua); 3-T3-Efluente diluido 1/8(125 mL+ 875 mL agua); 4-T4-Efluente diluido 1/9(111 mL+ 889 mL agua); 5-T5-Efluente diluido 1/10(100 mL+ 900 mL agua); T0c. Control (suelo sin aplicación de efluentes).

Posterior al paso de los efluentes diluidos por el filtro lento de arena, se toman los efluentes de la laguna de oxidación (a pequeña escala) pacificados durante cinco días de acuerdo con las diluciones preparadas por tratamientos. Los frascos se sellaron herméticamente y se mantuvieron a una temperatura ambiente en el laboratorio protegidos de la incidencia de los rayos del sol. En el control solo se aplicó agua destilada. En cada una de las bolsas con suelo y cultivo indicador (maíz) se aplicó la dosis establecida por tratamiento y réplicas, para observar los resultados obtenidos en las características morfo fisiológicos del cultivo indicador.

Indicadores morfo fisiológicos de las plantas indicadoras

 
  • Altura de las Plantas (AP) y Longitud de la Raíz (LR): se midieron con una cinta métrica, en cm.

  • Peso Fresco de Follaje y Raíz por separado (PFF y PFR): recién cosechada se pesan en una balanza analítica, en gramos.

  • Peso Seco de Follaje y Raíz por separado (PSF y PSR ): las muestras fueron puestas en la estufa a 65 °C durante 48 horas y luego fueron pesadas en una balanza analítica, en gramos.

Para lo anterior, se siguieron los protocolos y procedimientos establecidos en las normas cubanas NC.

Análisis estadístico

 

Para el procesamiento estadístico se utilizó el paquete de programas profesional STATISTICA, Versión 7 sobre Windows XP. Se aplicó Análisis de Varianza de clasificación simple con la prueba de comparación de medias de Tukey HSD, verificando la homogeneidad de la varianza, para tratamientos con igual número de repeticiones para la determinación de las diferencias estadísticas entre los diferentes tratamientos evaluados.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

Cálculo del espesor de la capa filtrante: Sustituyendo en la ecuación de Darcy (Ec.1 H 1 H 2 = v f k * L ) adaptada a un filtro.

El espesor de la capa filtrante arrojó un valor igual a L= 5 cm, sin embargo, se asumió L= 8 cm, prácticamente un 62,5% superior a lo determinado por cálculo, con el objeto de obtener un buen filtrado de los efluentes porcinos, al ser estos un fluido con alto valor de contaminación.

Caudal de diseño del filtro lento

 

Utilizando la expresión 2 Q = A * v f .

Se obtuvo un valor de Q=0,02 x10-6 m3/s. Se aclara que para la determinación del caudal de diseño del filtro se utilizó agua común como fluido, no obstante, también se determinó con todos los efluentes con sus diferentes grados de dilución investigados.

Eficiencia de remoción de la demanda química de oxígeno (DQO)

 

Utilizando la expresión 3 E F = DQOe DQOs DQOe * 100

Eficiencia de remoción de la demanda biológica de oxígeno (DBO5)

 

Utilizando la expresión 4 E F = DBO 5 e DBO 5 s DBO 5 e * 100

De la metodología se obtuvieron los resultados que se muestran la Tabla 1.

TABLA 1.  Eficiencia de remoción del DQO
Tratamientos Efluentes diluidos (%) DQO (mg L-1) Anterior. No. 1759 SF DQO (mg L-1) Posterior. No. 1764 % Eficiencia de remoción del DQO
T0- (n. d) 424 N.e
T1- (16, 66 %) 424 300 70,75
T2- (14, 28 %) 424 150 35,37
T3- (12,5 %) 424 100 23,58
T4- (11,11%) 424 64 15,09
T5- (10 %) 424 56 13,20

N.e- no evaluado; No de informes: 1759 SF (sin filtrar) y 1764 FL (filtrados y pasados por lagunas).

Del análisis de la Tabla 1, se pudo apreciar que los efluentes procedentes de todos los tratamientos de la laguna de oxidación del “Biodigestor Niosbany” evaluados, cumplen con la norma NC-27: 2012 (2012)NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012. en ambas muestras evaluadas (No.1759 y No.1764) una vez que estos efluentes son filtrados y pasados por las respectivas lagunas de oxidación se pudo apreciar una reducción de esta variable a medida que disminuye el grado de dilución, mostrando un buen efecto de los filtros lentos al reducir el valor de la DQO, lo cual concuerda con investigaciones anteriores reportadas por Ramírez (2021)RAMÍREZ, J.L.M.: Análisis del efluente del CAI "George Washington" para su posible uso como abono orgánico, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Rosa, Argentina, 97 p., 2021.. Según Torres (2015)TORRES, A.: Analisis de aguas residuales, [en línea], Inst. Laboratorio Medio Ambiente. Diputacion Provincial de Granada, Granada, España, 2015, Disponible en:http://www.google.com. en los reactores biológicos el control de la cantidad de oxígeno disuelto es uno de los valores críticos a controlar.

En la Tabla 2. Se muestran los resultados de la eficiencia de remoción del DBO5

TABLA 2.  Eficiencia de remoción del DBO5
Tratamientos Efluentes diluidos (%) DBO5 (mg L-1) Anterior. No. 1759 SF DBO5 (mg L-1) Posterior. No. 1764 FL % Eficiencia de remoción DBO5
T0- (n. d) 200 N.e
T1- (16, 66 %) 200 170 85,00
T2- (14, 28 %) 200 150 75,00
T3- (12, 5 %) 200 60 30,00
T4- (11, 11%) 200 30 15,00
T5- (10 %) 200 25 12,50

N.e- no evaluado; No de informes: 1759 SF (sin filtrar) y 1764 FL (filtrados y pasados por lagunas).

En los efluentes del “Biodigestor Niosbany” (Tabla 2), se pudo apreciar que todos los tratamientos de la muestra (No 1759), cumplen con lo establecido por la norma cubana NC-27: 2012 (2012)NC-27: 2012: Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado. Especificaciones., Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba, 11 p., 2012.. Sin embargo, al pasar por el biofiltro (No.1764), en todos los tratamientos, se presentó una reducción del valor de esta variable, al igual que con la variable anterior, lo cual reafirma el buen trabajo del filtro lento.

Determinación de la carga microbiana en los efluentes

 

Del análisis de los diferentes tratamientos en el Laboratorio del ENAST, se obtuvo los resultados que muestra la Tabla 3. Se presenta una comparación entre las muestras 1759 SF (sin filtrar) y 1764 FL (filtrados y pasados por lagunas).

TABLA 3.  Análisis microbiológico de los efluentes analizados anterior y posterior al filtrado
Tratamientos Efluentes diluidos (%) Coliformes totales (NMP/100) Coliformes termo tolerantes (NMP/100) Coliformes totales (NMP/100) Coliformes termo tolerantes (NMP/100)
anterior 1759 SF anterior 1759 SF posterior 1764 FL posterior 1764 FL
T0- (n. d) 1,2x103 170 N.e N.e
T1- (16, 66 %) 1,2x103 170 610 70
T2- (14, 28 %) 1,2x103 170 390 130
T3- (12, 5 %) 1,2x103 170 240 33
T4- (11, 11%) 1,2x103 170 440 79
T5- (10 %) 1,2x103 170 290 33

N.e- no evaluado; No de informes: 1759 SF (sin filtrar) y 1764 FL (filtrados y pasados por lagunas). NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015.. Límites permisibles: NMP: Coliformes totales < 1000 NMP/100 mL; Coliformes termo tolerantes < 1600 NMP/100 mL.

Los resultados obtenidos en los Coliformes totales anterior al proceso de filtración en los tratamientos analizados, muestran contaminación (por encima de lo estipulado en la NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015.. En el caso de los Coliformes termos tolerantes, se pudo observar una baja contaminación; sin embargo, posterior al proceso de bio-filtración, tanto en los Coliformes totales como en los Coliformes termo tolerantes se pudo observar que fue capaz de bajar la carga contaminante en todos los tratamientos cumplimentando lo estipulado por la norma cubana NC-1095-2015 (2015)NC-1095-2015: Microbiología del agua. Detección y enumeración de coliformes. Técnicas del número más probable (NMP), Inst. Oficina Nacional de Normalización (NC), norma cubana, La Habana, Cuba, 23 p., 2015.. Reafirmando el buen trabajo conjunto del biofiltro y las lagunas de oxidación valoradas. Estas investigaciones contribuyen al estudio del tema, el cual había sido valorado en trabajos anteriores efectuados por Martínez et al., (2014)MARTÍNEZ, C.; MARAÑON, E.; GARCÍA, Y.; CUPULL, R.; DELGADO, D.C.: “Studies atthe biogas plant called “Niña Bonita””, En: AGROCENTRO, 2014 (VI th Edition of Agricultural Engineering Symposium), Ed. AGROCENTRO, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, p. 8, 2014, ISBN: 978-959-250-973-3.; Sosa (2015)SOSA, C.M.: Parámetros de control y monitoreo del proceso en digestores anaerobios de pequeña escala y diferentes tecnolgías, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 80 p., 2015.; Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016.; Fabregat (2019)FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019. en residuales porcinos y Sánchez (2020)SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020. en residuales de la industria azucarera. En este aspecto se debe destacar que los efluentes diluidos y filtrados y la utilización de la planta biorremediadora (Pistia stratiotes), en lagunas de oxidación a escala reducida no mostró efectos necrosantes en dicha planta, tampoco efecto inhibitorios de su crecimientos, como si fueron encontrados en el trabajo de Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016., utilizando efluentes porcinos con técnicas semejantes de bio-filtrado. Lo cual mostró que la virulencia o agresividad de estos efluentes una vez filtrados fue inferior a los efluentes de los biodigestores investigados por Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016. y Fabregat (2019)FABREGAT, J.: Tratamiento y uso de efluentes de biodigestores porcinos como abonos orgánicos, Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba, Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 70 p., 2019., los cuales utilizaron como planta bio-remediadora la lenteja de agua (lemna minor).

Resultados referidos al pH y la conductividad

 

Estos resultados se muestran en la Tabla 4.

TABLA 4.  Resultados obtenidos de los residuales investigados contrastados con la NC-855: 2011 (2011)NC-855: 2011: Utilización de las aguas residuales de la industria azucarera y de derivados en el fertirriego de la caña de azúca, Inst. ININ/ Oficina Nacional de Normalización, norma cubana, La Habana, Cuba, 13 p., 2011.
*Criterios Tratamientos evaluadas Conductividad eléctrica (C.E) mmhos/cm Sales solubles totales (SST) ppm Relación de adsorción de sodio (RAS) pH
Buena < 1,50 < 960 < 4 6-7
Regular 1,50-1,80 960-1150 4-7 5-6 ó 7-7,8
Mala 1,80-2,40 1150-1530 7-10 4-5 ó 7,8-8,4
No se puede utilizar > 2,4 > 1530 > 10 < 4 ó > 8,4
No.1759 T0- (n. d) 1,947 n.e n.e 9,02
No.1760 FL T1- (16,66 %) 0,821 n.e n.e 8,11
No.1761 FL T2- (14,28 %) 0,616 n.e n.e 7,90
No.1762 FL T3- (12,5 %) 0,556 n.e n.e 7,43
No.1763 FL T4- (11,11%) 0,937 n.e n.e 7,20
No.1764 FL T5- (10 %) 0,819 n.e n.e 7,47

TO - efluente no diluido, no filtrado; n.e-no evaluados; No.1761….1764 FL- Efluentes diluidos, filtrados y pasados por lagunas de oxidación a pequeña escala. Entre paréntesis, porciento de dilución de los efluentes.

En la variable conductividad, los tratamientos T1, T2, T3, T4 y T5 (se catalogan como buenos); TO (se cataloga como malo). En la variable pH, los tratamientos T3, T4, T5 (se catalogan como regulares), T1 y T2 (se catalogan como malo) y TO (no se puede utilizar).

Indicadores morfo fisiológicos de las plantas indicadoras

 

En la Figura 3 se observa el comportamiento del porciento de germinación en los diferentes tratamientos evaluados.

FIGURA 3.  Efecto de los tratamientos sobre la germinación del cultivo indicador (maíz). TOc, TO, T1, T2, T3, T4 y T5. (Efluentes Biodigestor “Niosbany”).

Del análisis de la Figura 3, se observó que excepto el tratamiento T2, los otros tratamientos superan al control (TOc) en este indicador en la variable porciento de germinación (valor medio), incluido el efluente no diluido del “Biodigestor Niosbany”. Este resultado contrasta favorablemente con los resultados obtenidos por Francesena (2016)FRANCESENA: Impacto ambiental provocado por efluentes de instalaciones de biogas de pequeña y mediana escala en las provincias de la región central de Cuba, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 73 p., 2016. en residuales porcinos procedentes de biodigestores y por Sánchez (2020)SÁNCHEZ, J.: Uso de efluentes de laguna de oxidación del CAI "Carlos Baliño" como abonos orgánicos, Universidad Central de las Villas (UCLV), Trabajo de Diploma (en opción al título de Ing. Agrícola), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 91 p., 2020. en residuales azucareros del CAI “Carlos Baliño” los cuales no obtuvieron resultados tan satisfactorios con respecto al porciento de germinación, utilizando metodologías semejantes a las empleadas en esta investigación.

En la Figura 4, se muestra el efecto de los tratamientos de los efluentes sobre la altura de la planta (AP).

FIGURA 4.  Efecto de los tratamientos sobre la altura de la planta indicadora. TOc, TO, T1, T2, T3, T4 y T5.(Efluentes Biodigestor “Niosbany”).

Se pudo observar que el mejor comportamiento se obtuvo con T4 (371,42 mm), siendo el peor el tratamiento T1 (292,22 mm) respecto al control TOc (306,42 mm). Esto demuestra que la dilución y filtrado de los efluentes influyó positivamente en esta variable.

En la Figura 5, se muestran los resultados relativos a la longitud de la raíz.

FIGURA 5.  Efecto de los tratamientos sobre la longitud de la raíz de la planta indicadora. TOc, TO, T1, T2, T3, T4 y T5. (Efluentes Biodigestor “Niosbany”).

Se pudo observar que el mejor comportamiento se obtuvo con T2 (140,00 mm), siendo el peor el tratamiento T4 (100,00 mm) respecto al control TOc (147,85 mm). En este caso ningún tratamiento superó al control. Otras propiedades morfo fisiológicas no se presentan en este trabajo por cuestión de espacio disponible en esta publicación.

CONCLUSIONES

 
  • Se confirmó el buen trabajo conjunto del biofiltro y la laguna de oxidación a escala reducida.

  • El paso de los efluentes por el biofiltro y laguna de oxidación, permitió reducir los valores de pH, conductividad eléctrica, demanda química de oxígeno (DQO) y demanda biológica de oxígeno (DBO5), permitiendo el uso de los efluentes en el fertirriego.

  • El porciento de germinación, excepto en el tratamiento T2, superan al control (TOc), lo que reafirma que el paso de estos efluentes por el sistema (filtro lento de arena y laguna de oxidación) provocó la disminución de la agresividad de estos efluentes.

RECOMENDACIONES

 
  • Realizar un estudio sobre la eficiencia en la descontaminación de las aguas residuales de las lagunas de oxidación en complejos agroindustriales.

  • Ejecutar la propuesta del biofiltro lento a escala real con el fin de correlacionar los resultados obtenidos a pequeña escala