Valoración del digestato generado por la digestión anaerobia de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos de la Ciudad de México

Abstract

El tratamiento biológico anaerobio de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), ha mostrado ser una alternativa costo-efectiva gracias a la producción de biogás rico en metano. En este proceso se genera un residuo equivalente al 90% del peso inicial del sustrato tratado, al que se le llama digestato. La Ciudad de México (CDMX) está próxima a contar con un digestor anaerobio con capacidad de procesar cerca del 20% de la FORSU, el proyecto definirá su rentabilidad en la medida en que el proceso sea más eficiente. En distintas partes del mundo el digestato es tratado para ser vendido y aplicado como biofertilizante en suelos de cultivo. Se trabajó con digestiones anaerobias húmedas (ST<15%) y secas (ST>15%) a escala laboratorio con muestras representativas de la FORSU de la CDMX tomadas de la Planta de Composta de Bordo Poniente, para obtener un digestato representativo. Los digestores a escala laboratorio de 125ml y de 1,250ml mostraron un buen desempeño en términos de generación de biogás. Se encontró que una forma más acertada para la estimación de biogás generado por gramo de materia orgánica, es haciendo el cálculo con lo sólidos volátiles después de que se les resta la lignina presente (SVLL). La FORSU inoculada con escurrimiento de las pilas de composta madura de la PCBP genera aproximadamente 462ml de biogás/g SLVLL. En promedio se consumió el 70% de los SVLL disponibles en los digestores. El pH del digestato fue en promedio de 8.3 en todos los casos. Se encontró que por cada kg de digestato en base seca, hay 5.35% de NTK, del cual, 71% en promedio es de fácil absorción para las plantas (NH3-NH +), también se encontró que este contiene 3.54% de potasio y 0.8% de fósforo. Así mismo se cuantificaron otros elementos que tienen carácter de micro nutriente en temas de nutrición vegetal, que fue el caso del Ca con 5.42% y Mg con 0.83%. En cuanto a metales pesados (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn, Hg y Ti) y parámetros sanitarios de manejo y aplicación de composta, (coliformes fecales, salmonella spp. y huevos de helminto) se obtuvieron cantidades muy por debajo de la NADF-020-AMB-2011. En pruebas de fitotoxicidad y desarrollo vegetal, se encontró que el suelo tratado con digestato (51g diluidos en 150ml aplicados a 3kg de suelo) promueve significativamente (P<0.05) la germinación de las semillas de lechuga (Lactuca sativa var. crispa) comparado con lo observado en suelo con tratamiento de composta, suelo fertilizado y suelo solo. Por otro lado, en cuanto al desarrollo de plantas de lechuga, aquellas con suelo tratado con digestato y con fertilizante comercial, mostraron una ligera fitotoxicidad al obtener valores por debajo de las plantas en suelo solo (blanco negativo). Es probable que haya una sensibilidad al amonio-amoniaco por parte de las plantas de lechuga, por lo cual, hace falta trabajar en un diseño experimental más robusto con distintas cantidades del tratamiento y distintas plantas.

ABSTRACT

The biologic anaerobic treatment of the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW), has shown to be a cost-effective alternative due to the methane rich biogas that it produces. In this process, about 90% of the initial weight of the organic waste treated becomes a residue, which is called digestate. Mexico City is prompt to have an anaerobic digester capable of treating approximately 20% of its total OFMSW, this project will define its profitability depending on the efficiency of the process. Around the globe, the digestate is already being treated by some companies as a bio fertilizer with high value for crops nourishment. In this investigation we worked with wet (ST<15%) and solid (ST>15%) digestions on a lab scale using representative samples of the OFMSW from México City, taken from the Compost Plant located in “Bordo Poniente”(CPBP), this, to ensure a better representability of a digestate sample. The lab scale digesters of 125ml and 1,250ml showed a good performance in terms of biogas generation. During this process it was found that the estimation of biogas generation based on the “free from lignin” volatile solids (FFLVS) was more accurate, showing a better correlation in terms of biogas ml per gram of organic matter than the classic “Biogas ml/gVS” scale. The OFMSW inoculated with the effluent of mature compost piles taken from the CPBP, produces around 462ml of biogas per gram of FFLVS. In average, 70% of the available FFLVS where consumed during the digestions. The reported pH of the digestate was around 8.3 in all cases. Based in dry weigh, there is 5.35% of total Kjeldahl nitrogen per kg of digestate. 71% of this nitrogen is in readily available form for most plants (NH3-NH +). 3.54% of the digestate was composed of potassium and 0.8% of phosphorus. Other important micronutrients where found, such is Ca with 5.42% and Mg with 0.83%. As for heavy metals (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn, Hg and Ti) and sanitary handling parameters (fecal coliformes, salmonella spp. and parasite´s eggs) the results reported a very low presence of both values according to the local norm NADF-020- AMB-2011. The phytotoxic test and the vegetable growth test, showed that soil treated with digestate (51g diluted in 150ml of deionized water applied in 3kg of soil) can significantly (P<0.05) promote the germination of lettuce seeds when compared with other soil treatments like, compost, commercial fertilizer and soil with no treatment. On the other hand, the result of the growth of lettuce plant treated with digestate and commercial fertilizer, showed a mild phytotoxic effect on the lettuce plants (Lactuca sativa var. crispa). This was concluded after observing that the lettuce, with this two treatments, had lower development than the other 2 treatments; soil with no treatment (Blank Negative) and compost treatment. It is probable that the lettuce is sensible to ammonia-ammonium compounds, so future work needs to be done with different quantities and different plant species.