Tratamiento integral de deyecciones porcinas con un sistema de humedales artificiales horizontales de flujo subsuperficial

Abstract

[SPA] La producción del sector porcino continúa creciendo exponencialmente a nivel mundial debido a la demanda cárnica necesaria para satisfacer el requerimiento alimenticio de la población que, a la vez, se va incrementando. Frente a esta cuestión se hace imprescindible considerar los efectos medioambientales producidos por la intensificación del sector porcino que conlleva suplir dicha demanda. En los últimos tiempos el concepto de purín está cambiando, de percibirlo como un residuo que hay que combatir y/o eliminar a convertirse en un subproducto con una utilidad agronómica apreciable, una fuente de nutrientes y un recurso con un valor económico. De modo que se hace precisa la implementación de tecnologías nuevas y ambientalmente sostenibles capaces de eliminar o minimizar los impactos negativos que la valorización agronómica pudiera provocar. Los objetivos de esta tesis consisten en diseñar y evaluar un sistema medioambientalmente sostenible que permita poner en valor el purín mediante un tratamiento secundario/terciario basado en humedales artificiales, previa separación mecánica y decantación, con la finalidad de conseguir un subproducto con las propiedades adecuadas para suplir las necesidades de nutrientes de los cultivos, paliando el déficit de agua de riego, y minimizando los riesgos ambientales relacionados con la contaminación de la atmósfera, aguas subterráneas y suelos que su aplicación pudiera conllevar y cumpliendo con la normativa vigente. Para alcanzar los objetivos planteados, se realizó un ensayo a escala piloto donde se demostró la eficiencia de un humedal con policultivo de especies fitoextractoras frente a un sistema sin vegetación. Los resultados evidenciaron la mejora en la calidad del efluente, disminuyendo los sólidos totales en suspensión hasta un 90% al final del tratamiento. El nitrógeno total, fósforo y potasio disminuyeron significativamente en la celda con policultivo; por tanto, se demostró que la vegetación tiene un papel esencial en la depuración del influente tratado. Los microorganismos se eliminaron casi en su totalidad, especialmente tras su paso por el humedal, concretamente en la celda con policultivo. En la balsa final de recogida del efluente, los procesos de degradación continuaron, contribuyeron a aumentar la calidad del efluente. También se llevó a cabo un ensayo a escala real en una explotación comercial, teniendo en cuenta los resultados del ensayo piloto. Esta experiencia corroboró la eficacia de los tratamientos de depuración basados en humedales artificiales Ya que, en los dos ciclos se logró disminuir la mayoría de los parámetros que fueron analizados. No obstante, en el primer ciclo las eficiencias fueron superiores, sobrepasaron el 80%, posiblemente debido a que los materiales de filtración, concretamente el sustrato de los humedales, utilizados por primera vez, también se justifica porque algunos de las celdas del biofiltro sufrieron una obturación que incidió en la eficiencia. El efluente obtenido en el ensayo a escala real se aplicó a un cultivo de brócoli. Los resultados observados en el suelo después de la aplicación del purín tratado mostraron una mejora en las características edáficas del mismo. El cultivo mostró peso y diámetro de acuerdo a estándares comerciales. Tanto en el ensayo a escala piloto como en el ensayo a escala real, el purín a tratar presentaba una alta variabilidad en relación a sus características físico-químicas, lo cual supuso un factor determinante a la hora de optimizar el tratamiento de depuración. Tal como describen la mayoría de los autores en estudios previos, la calidad del influente no suele ser homogénea, dependiendo de muchos factores, tales como la especie, alimentación, edad de las deyecciones, etc. Por otra parte, se evidenció la necesidad de mejorar la remoción de sales con el fin de que la valorización agronómica del purín tratado no presente ningún riesgo para el entorno. Los contenidos de N, P y K resultaron bajos relativamente comparados con fertilizantes convencionales lo que puede ser complementado mediante componentes minerales. A pesar de lo anteriormente comentado, los sistemas de tratamiento integral basados en humedales artificiales constituyen una solución a la gestión de purines, siendo tecnologías con las que es posible generar un subproducto reutilizable incentivando la economía circular. El tratamiento del purín también permite establecer un punto de convergencia entre las explotaciones ganaderas y agrícolas, que han sido desvinculadas por el uso de fertilizantes inorgánicos, incidiendo en la sostenibilidad del sector agropecuario.

[ENG] The world population has grown during the last decades and will grow, due to this and to the meat consumption per person, the global consumption of meat will increase, therefore, the pork production is increasing in order to satisfy the food requirements of the population. Facing this situation, it is necessary to consider the environmental effect caused by the intensification of the pig production via to supply this request. In the last few years, the pig slurry concept is changing, and it is not considered as a residue to eliminate, however, as a by-product useful in agronomic valorization and a source of nutrients or a valuable economic resource. Therefore, to implement new technologies is essential and environment sustainability in order to reduce negative impacts caused by agricultural valorization. The aim of this thesis consists of designing and evaluation of an environmentally sustainable system that allows the pig slurry throughout a secondary/tertiary treatment based on constructed wetlands previously treated with a phase separator and decanter in order to obtain an effluent with suitable properties to supply crop requirements, also mitigating the scarce of irrigation water, minimizing environmental risk to the atmosphere, groundwater and soils accomplishing the current normative. To achieve the stated objectives, a pilot experiment was carried out demonstrating the efficiency of a constructed wetland planted with a P. australis and S. vera compared to an unplanted system. Results evidenced the improvement of the effluent, reducing the total solids until 90% at the end of the treatment. Total nitrogen, phosphorous and potassium were significantly decreased in the planted cell; therefore the system showed that the vegetation plays an important role in the depuration processes. Microorganisms were almost totally eliminated, more accused when the pig slurry passed through the planted wetland. Into the storage pond degradation processes continued improving the effluent quality. A large-scale pilot was performed too in a private location taking into account the obtained results in the pilot experiment. This experience confirmed the efficacy of the depuration treatment based on constructed wetlands. In two cycles tested the most parameters were reduced, nonetheless, the first cycle showed the major percentages of efficiency, up to 80% that may due to first use of the filtrate materials and also can be justified by the clogging effect in some cell of the biofilter. The effluent from the big scale was applied to broccoli cultivation. The observed results in soil after application of the purified pig slurry showed that the characteristics of the soil were improved. The crop showed weight and diameter according to standard commercialization. In both experiment pilot and large-scale pilot, physical-chemical characteristics of the pig slurry were variable before the treatment; it was definitive for the optimization of the treatment. Previous authors reported that influent like pig slurry used to be heterogeneous, because of many factors such as type of specie, feeding and age of the pig slurry. On the other hand, it is evident the need for salts removal avoiding environmental risk. The N, P and K contents were relatively low compared to mineral fertilizers, but it can be supplied with conventional means. In spite of the previous comments the integrated purification system using the constructed wetlands present a very efficient and economical solution for the pig slurry management, also an eco-friendly technology able to generate a by-product promoting circular economy. The pig slurry treatment allows establishing a convergence point for livestock and agricultural farms unlinked by inorganics fertilizers influencing in the sustainability of these sectors.