Figura 1. Fracciones que se obtienen con el método de Tessier et al. (1979)
Una alternativa para valorizar los lodos generados por el tratamiento de las aguas residuales es usarlos como mejoradores de suelos. Los lodos pueden contener materia orgánica y minerales que son benéficos para el suelo. Sin embargo, también pueden presentar microorganismos patógenos, metales y compuestos orgánicos tóxicos. Por ello, es importante tratar adecuadamente los lodos para convertirlos en un producto química y biológicamente seguro, los biosólidos. En este estudio, se evaluó la disponibilidad de los elementos más abundantes en un suelo salino-sódico, al cual se le aplicaron diferentes tratamientos que incluían la adición de lodos y biosólidos. Para lo anterior, se aplicó la técnica de fraccionamiento de Tessier. Independientemente del tratamiento, la mayor proporción de Na (95%), K (86%) y Ca (57%) se encontró en la fracción 2 (F2), que corresponde a metales unidos a carbonatos; el Mg (85%) y Pb (59%) en la F1, como metales fácilmente intercambiables; mientras que el 46% del Cr se halló en la F5, como metales unidos a minerales y sólo el 20% en la F1. Los resultados anteriores indican que Mg y Pb son los metales más disponibles y que mayor riesgo representan, el primero por su concentración y el Pb por su toxicidad. Los metales Na, K, Ca y Cr (en F1) podrían estar disponibles si disminuyera el pH del suelo. Esto sería recomendable sólo si además de acidificarlo, se lava el suelo para eliminar el exceso de Na y parte del Cr.
Palabras clave: valorización de residuos, suelos salino-sódicos, biosólidos
An alternative to valorize sludge generated by wastewater treatment is to use it as soil improver. Sludge may contain organic matter and minerals that are beneficial to soil. However, it could also have pathogens, metals and toxic organic compounds. Therefore, it is important to treat the sludge appropriately, to transform it into a chemically and biologically safe product, biosolids. In this work, we studied the availability of the most abundant elements in a saline-sodic soil, which was treated in different ways involving the addition of sludge and biosolids. The Tessier fractionation technique was used for this purpose. Regardless of the treatment, the largest proportion of Na (95%), K (86%) and Ca (57%) was found in fraction 2 (F2), corresponding to metals bound to carbonates; Mg (85%) and Pb (59%) were found in F1, as exchangeable metals; while 46% of Cr was found in the F5, combined with minerals, and only 20% in F1. These results indicate that Mg and Pb are the most available metals and represent the greatest risk, because of their concentration and toxicity, respectively. Na, K, Ca and Cr (in F1) might be available if the soil pH decreased. Acidification would be recommended only if it is combined with a washing treatment to remove excess of Cr and Na.
Keywords: waste valorization, saline-sodic soil, biosolids
La salinidad es un problema presente en 831 millones de hectáreas de suelo en el mundo (FAO, 2015). En México, se ha estimado que existe aproximadamente 1 millón de hectáreas de suelos afectados por esta problemática (Serrato et al., 2002). Estos suelos se encuentran distribuidos en todo el país, principalmente en las zonas con clima árido y semiárido, donde se practica agricultura de riego. En la zona centro de México es común encontrar suelos salinos, originados a partir de lagos salados que se secaron completamente o que se secan periódicamente. Este es el caso del suelo del exlago de Texcoco en el Estado de México, sitio de estudio de este trabajo; la Laguna de Totolcingo en el estado de Puebla y los terrenos aledaños a los lagos de Pátzcuaro y Cuitzeo en el estado de Michoacán (Krasilnikov et al., 2014).
Es común hablar de salinidad para referirse indistintamente a suelos afectados por exceso de sales independientemente de cuál sea el catión predominante en ellas. Sin embargo, debido a que las sales de sodio producen efectos diferentes en los suelos, en ciertos contextos es recomendable especificar la problemática del suelo en cuestión: salinidad, sodicidad o ambas.
La característica distintiva de los suelos salinos es que poseen un contenido de sales que afecta el desarrollo de la mayoría de los cultivos. Con los suelos sódicos sucede algo similar, presentan un contenido de sodio intercambiable tolerable por muy pocos cultivos; además, el sodio altera las características físicas del suelo. Existen dos parámetros químicos que se aplican para determinar cuándo un suelo es salino, sódico o salino-sódico. Cuando un suelo presenta una conductividad eléctrica (CE) igual o mayor a 4 dS/m se considera un suelo salino y cuando su porcentaje de sodio intercambiable (PSI) es igual o mayor a 15 entonces se habla de un suelo sódico (Porta et al., 2003). Los suelos que reúnen ambas condiciones se denominan suelos salino-sódicos. Como se mencionó anteriormente, muy pocos cultivos pueden desarrollarse en ambientes salinos o sódicos, por lo que los terrenos afectados por estas problemáticas suelen ser improductivos. Además, debido a la escasa cobertura vegetal que presentan, estos suelos están expuestos a la acción erosiva del agua y del viento, lo que los convierte en una fuente de contaminación ambiental.
Existen diferentes métodos para tratar los suelos con exceso de sales (sódicas o no). Entre los más comunes están los métodos físicos, químicos, hidrotécnicos y biológicos. Los primeros tienen como finalidad romper capas endurecidas que impiden el paso del agua en el suelo. Los métodos químicos son más empleados para tratar suelos sódicos y consisten en adicionarles compuestos químicos para propiciar el intercambio de sodio por calcio. En los métodos hidrotécnicos se lava el suelo con agua para disolver las sales. Por último, los métodos biológicos consisten en aplicar materia orgánica al suelo, que puede provenir de estiércol, abonos verdes, rastrojo y lodos residuales, entre otros. La materia orgánica ayuda a mejorar algunas características físicas y químicas del suelo, lo que favorece su revegetación. Como se puede apreciar, los métodos anteriores actúan sobre diferentes aspectos de suelo, por lo que no se usan de forma independiente sino combinada (Pulido, 1994).
En el sitio de estudio de este trabajo, el suelo salino-sódico del exlago de Texcoco, se consideró la aplicación de los lodos residuales como una opción para la revalorización de estos residuos, generados por una planta de tratamiento de agua residual ubicada en la misma zona. La aplicación de lodos y biosólidos (lodos tratados) se combinó con otros tratamientos y se observó una disminución significativa en la CE y el PSI y un aumento en la capacidad de intercambio catiónico y en el contenido de nitrógeno total (Beltrán-Hernández, 2001). Sin embargo, también se observó el aumento en la concentración de algunos metales. Dado que los datos sobre concentración y toxicidad no proporcionan por sí solos información completa acerca del riesgo que representan esos metales, se planteó realizar una extracción secuencial para evaluar la disponibilidad de esos elementos en el suelo y determinar el riesgo actual o potencial que representan.
Se trabajó con suelos salino-sódicos del exlago de Texcoco, Estado de México (latitud norte: 19º29’50” y longitud oeste: 98º59’30”) a los cuales Beltrán-Hernández (2001) les aplicó diferentes combinaciones de tratamientos. Debido a la amplia variabilidad que presentan los suelos de esta zona en sus características fisicoquímicas, se formaron tres grupos de acuerdo con su conductividad eléctrica en el extracto de saturación (CEs):
Los tratamientos aplicados a los suelos, por Beltrán-Hernández (2001) fueron los siguientes:
Para conocer la disponibilidad de los elementos más abundantes en los suelos tratados, se aplicó la técnica de extracción secuencial de Tessier et al. (1979), con la cual se obtuvieron cinco fracciones como se muestra en la figura 1.
Figura 1. Fracciones que se obtienen con el método de Tessier et al. (1979)
En la figura 2 se observa que Na, K, y Ca se encontraron mayoritariamente en la fracción 2, como metales unidos a carbonatos, lo que significa que con un descenso de pH en el suelo podrían solubilizarse. Debido a que las sales de Na y K son más solubles que las de Ca, los dos primeros metales se eliminarían más fácilmente y el Ca podría sustituir al Na.
Figura 2. Fracciones de Na, K y Ca en los suelos después de 10 meses de tratamiento
En la figura 3 se muestran las fracciones obtenidas para Mg, Pb y Cr, donde se observa que la mayor parte del Mg y más del 50% del Pb se encontraron en la fracción 1, como metales fácilmente intercambiables. Lo anterior indica que podrían solubilizarse fácilmente y, de existir vegetación en estos suelos, podrían ser absorbidos por las plantas. Ambos elementos representan un riesgo inmediato por la disponibilidad que presentan. En el caso del Pb, su carácter tóxico incrementa el riesgo. Por su parte el Mg, aunque es un nutriente, resulta tóxico por la concentración tan alta en que se encuentra. En el caso del Cr, aproximadamente el 50% se encontró unido a la fracción residual (fracción 5), por lo que no representa un riesgo inmediato sino a muy largo plazo, ya que los elementos en esa fracción sólo se liberan por acción del intemperismo.
Figura 3. Fracciones de Mg, Pb y Cr en los suelos después de 10 meses de tratamiento
De acuerdo con los resultados obtenidos, Mg y Pb son los metales más disponibles y que representan un riesgo inmediato: el primero por encontrarse disponible en una concentración superior a la requerida por la mayoría de los cultivos y el Pb por su toxicidad. Los resultados de este estudio confirman la necesidad de aplicar una nueva combinación de tratamientos químico e hidrotécnico. De esta manera se disminuiría el pH del suelo y favorecería una mayor solubilización del exceso de Mg y Pb, así como parte de Ca, Na, K y Cr que se encuentra en las fracciones 1 y 2. Con la movilización de estos elementos se induciría el intercambio de Ca por Na, lo que a su vez contribuiría a una mayor recuperación de estos suelos.
Beltrán-Hernández, R. (2001). Efecto de la aplicación de lodos residuales en la calidad del suelo del exlago de Texcoco. Tesis de doctorado: Centro de Investigaciones y de Estudios Avanzados del IPN.
FAO. (10 de julio de 2015). FAO Soils Portal. Obtenido de http://www.fao.org/soils-portal/soil-management/management-of-some-problem-soils/salt-affected-soils/more-information-on-salt-affected-soils/en/
Krasilnikov, P., Gutiérrez-Castorena, M. C., Ahrens, R. J., Cruz-Gaistardo, C. O., Sedov, S., & Solleiro-Rebolledo, E. (2014). The Soils of Mexico. Dordrecht: Springer.
Porta, C. J., López-Acevedo, R. M., & Roquero, L. C. (2003). Edafología para la Agricultura y el Medio Ambiente. Madrid: Mundi Prensa.
Pulido, M. L. (1994). Anexo técnico, estudio general de salinidad analizada. México: Instituto Mexicano de Tecnología del Agua.
Serrato, S. R., Ortiz, S. A., Dimas, L. J., & Berumen, P. S. (2002). Aplicación de lavado y estiércol para recuperar suelos salinos en la Comarca Lagunera, México. Terra, 20: 329-336.
Tessier, A., Campbell, C., & Bisson, M. (1979). Sequential extraction procedure for the speciation of particulated trace metals. Anal. Chem, 844-851.
[a] Profesora Investigadora del Área Académica de Química. Doctora en Ciencias con especialidad en Biotecnología Ambiental por el CINVESTAV, México. Sus temas de investigación son la dinámica de nutrientes y contaminantes en suelos, la recuperación de suelos y el biomonitoreo atmosférico. Autora de correspondencia. Correo-e: icelabeltran@gmail.com
[b] Profesor Investigador del Área Académica de Química. Doctor en Ciencias con especialidad en Biotecnología Ambiental por el CINVESTAV, México. Sus temas de investigación están relacionados con la Ingeniería y Biotecnología ambientales, principalmente con los bioprocesos para la producción de biocombustibles y biofertilizantes.
[c] Profesora Investigadora del Área Académica de Química. Doctora en Microbiología-Biotecnología por el Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse, Francia. Su interés principal de investigación es el tratamiento biológico del agua.
[d] Profesora Investigadora del Área Académica de Química. Doctora en Ordenación del Territorio y Medio Ambiente por la Universidad Politécnica de Madrid, España. Su investigación se enfoca en la diversidad microbiana del agua y en la calidad de aguas residuales de reúso.
[e] Profesora Investigadora de Tiempo Completo del Área Académica de Ingeniería. Ingeniera Química egresada de la UNAM, graduada en Maestría y Doctorado en Ingeniería (Ambiental y Química, respectivamente) del Programa de Maestría y Doctorado de la UNAM. Forma parte del grupo de investigación Diseño y Construcción Sostenible. Sus líneas de investigación son la ingeniería ambiental, la geoquímica y el desarrollo sustentable.
[f] Profesora Investigadora de Tiempo Completo del Área Académica de Ingeniería. Cursó licenciatura en Ingeniería Civil, Maestría en Ciencias Geológicas y Doctorado en Ciencias de la Tierra. Forma parte del grupo de investigación Diseño y Construcción Sostenible.