Biochemical aspects associated with the composting of salmon farming sludge: An investigation focused on phosphorus recovery from agro-industrial wastes

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datacite.contributorUniversidad Católica de Temuco
datacite.contributor.advisorCuraqueo Fuentes, Gustavo
datacite.creatorPérez San Martín, Andrés Felipe
datacite.date2024-04-24
datacite.rightsAcceso Embargado
datacite.subjectlodos de la salmonicultura
datacite.subjectcompostaje
datacite.subjectrecuperación de fósforo
datacite.subjectresiduos agroindustriales
datacite.subjectacuicultura
datacite.subjecteconomía circular
datacite.subjectrecuperación de nutrientes
datacite.subjectmanejo de residuos orgánicos
datacite.subjectalternativas eco-amigables
datacite.subjectacuicultura sostenible
datacite.subjectmetales pesados
datacite.subjectfitotoxicidad
datacite.subjectreutilización agrícola
datacite.subjectacuicultura chilena
datacite.subject.englishsalmon farming sludge
datacite.subject.englishcomposting
datacite.subject.englishphosphorus recovery
datacite.subject.englishagro-industrial wastes
datacite.subject.englishaquaculture
datacite.subject.englishcircular economy
datacite.subject.englishnutrient recovery
datacite.subject.englishorganic waste management
datacite.subject.englisheco-friendly alternatives
datacite.subject.englishsustainable aquaculture
datacite.subject.englishheavy metals
datacite.subject.englishphytotoxicity
datacite.subject.englishagricultural reuse
datacite.subject.englishChilean aquaculture
datacite.titleBiochemical aspects associated with the composting of salmon farming sludge: An investigation focused on phosphorus recovery from agro-industrial wastes
dc.date.accessioned2025-01-03T17:56:25Z
dc.date.available2025-01-03T17:56:25Z
dc.description.abstractEn Chile, la acuicultura se establece como una de las industrias de potencial crecimiento y se posiciona como uno de los mayores productores de salmónidos a nivel mundial. Estas proyecciones implican un aumento de la generación de residuos orgánicos de los sistemas de producción acuícolas. Si estos no son debidamente tratados pueden convertirse en factores de riesgo ambiental afectando los sistemas acuáticos y edáficos. En consecuencia, se destaca la importancia de posicionar esta industria desde un enfoque sustentable con perspectivas hacia la economía circular y revalorización de residuos. En este sentido, se destaca la alta producción de residuos en forma de lodos, un material semi-sólido constituido por las heces y el alimento no digerido de la producción de salmones. Estos lodos se caracterizan por su alto contenido de agua, dificultando el manejo y disposición final, al igual que su contenido sales y metales pesados como potenciales factores de fitotoxicidad. Sin embargo, se caracteriza su contenido de nutrientes (fósforo y nitrógeno) y materia orgánica de potencial interés en el sector agrícola. Así, se hace necesario un pre-tratamiento para su revalorización, estableciendo el proceso de compostaje como potencial alternativa eco-amigable para la estabilización y transformación de la materia orgánica. A su vez, como método para la recuperación y conversión del fósforo en una forma soluble para su metabolización en sistemas vegetales. Por lo cual, el objetivo de esta investigación fue evaluar la interacción entre las comunidades microbianas y su efecto en la transformación de las fracciones de fósforo durante el proceso de compostaje de lodos de la fase de agua dulce de la salmonicultura para la generación de una enmienda de uso agrícola. El proceso de compostaje se realizó en composteras de eje rotatorio con ventilación pasiva de 200 L durante 120 días. Se monitorearon parámetros fisicoquímicos como la temperatura, pH, conductividad eléctrica y materia orgánica. La estabilización y degradación de la materia orgánica fue determinado mediante termogravimetría y técnicas de espectroscopía (UV-Vis, IR y fluorescencia). La madurez del compost fue determinado a través de del test Solvita® y un ensayo de germinación en semillas de lechuga (Lactuca sativa L.), rabanito (Raphanus sativus L.) y tomate (Solanum lycopersicum L.). A su vez, el compost maduro fue evaluado en base a la norma chilena 12 de compost (NCh2880). Por otra parte, se evaluó la transformación de las fracciones de fósforo (H2O-P, NaHCO3-P, NaOH-P y Residual-P) y el fósforo de la biomasa microbiana (MBP). Para determinar la relación de esta transformación durante el proceso de compostaje, se analizaron variables como la concentración de ácidos orgánicos (ácido oxálico, málico y cítrico), la actividad enzimática (FDA, β-glucosidasa, fosfatasa ácida y alcalina) y las comunidades bacterianas (región V3/V4) y fúngicas (región ITS). Los resultados del análisis fisicoquímico del compost maduro reportaron los parámetros de calidad de la enmienda en base a la norma chilena de compost (NCh2880) y la reducción de factores fitotóxicos del lodo de salmonicultura (aumento de pH, disminución de la salinidad, metales pesados y patógenos humanos). El monitoreo del proceso de compostaje permitió establecer parámetros que indicaron una correcta transformación de la materia orgánica con la formación de sustancias tipo húmicas. Asimismo, el análisis de las fracciones de P permitió establecer una relación entre la identificación de microorganismos solubilizadores de fosfato (Bacillus, Pseudomonas, Acinetobacter, Candida, Aspergillus y Penicillium), el análisis enzimático (fosfatasas y β-glucosidasa) y la presencia de ácidos orgánicos, lo cual causó un incremento en la fracción lábil de P. En conclusión, esta investigación se establece como una contribución a la escaza información en la caracterización química y biológica del proceso de compostaje de lodos de salmonicultura para la generación de una enmienda orgánica fosforada óptima de uso agrícola.
dc.description.abstractenIn Chile, aquaculture is established as an industry with potential growth and is positioned among the largest producers of salmonids in the world. These projections imply an increase in the organic waste generation from aquaculture production systems. If these wastes are not properly treated, they can become environmental risk factors affecting aquatic and soil systems. Consequently, it is important to position this industry from a sustainable approach with perspectives toward circular economy and waste revalorization. In this regard, there is a high production of waste as sludge, a semi-solid material composed of feces and undigested feed from salmon production. This sludge is characterized by its high-water content, which makes it difficult to manage and final disposal, as well as its salt and heavy metal content, which are potential phytotoxicity factors. However, it is characterized by its nutrient content (phosphorus and nitrogen) and organic matter of potential interest in the agricultural sector. Thus, a pre-treatment is necessary for its revalorization, establishing the composting process as a potential eco-friendly alternative for the stabilization and transformation of organic matter. In turn, as a method for the recovery and conversion of phosphorus into a soluble form for its metabolization in plant systems. Therefore, this research aimed to evaluate the interaction between microbial communities and their effect on the transformation of the phosphorus fraction during the composting process of sludge from the freshwater phase of salmon farming for the generation of an amendment suitable for agricultural use. The composting process was performed in 200 L passively ventilated rotary axis composters for 120 days. Physicochemical parameters such as temperature, pH, electrical conductivity, and organic matter were monitored. Stabilization and degradation of organic matter were determined by thermogravimetry and spectroscopy techniques (UV-Vis, IR, and fluorescence). Compost maturity was determined through the Solvita® test and a germination test on lettuce (Lactuca sativa L.), radish (Raphanus sativus L.), and tomato (Solanum lycopersicum L.) seeds. In turn, the mature compost was evaluated based on the Chilean compost standard (NCh2880). Furthermore, the phosphorus fractions transformation (H2O-P, NaHCO3-P, NaOH-P, and Residual-P) and the microbial biomass phosphorus (MBP) were evaluated. To determine the relationship of this transformation in 10 the composting process, variables such as the organic acid concentration (oxalic, malic, and citric acid), enzymatic activity (FDA, β-glucosidase, acid, and alkaline phosphatase), and bacterial (V3/V4 region) and fungal (ITS region) communities were analyzed. The physicochemical analysis results of the mature compost reported the quality parameters of the amendment based on the Chilean compost standard (NCh2880) and on the reduction of phytotoxicity factors from the salmon farming sludge (increased pH, decreased salinity, heavy metals, and human pathogens). In turn, the monitoring of the composting process allowed establishing parameters that indicated a correct transformation and maturation of the organic matter with the formation of the humic-like substance. Likewise, P fractions analysis allowed to establish a relationship between the identification of phosphate solubilizing microorganisms (Bacillus, Pseudomonas, Acinetobacter, Candida, Aspergillus, and Penicillium), enzymatic analysis (β-glucosidase and phosphatases) and organic acid presence, which provoking an increase in the P labile fraction. In conclusion, this research is established as a contribution to the scarce information on the chemical and biological characterization in the composting process of salmon farming sludge for the generation of phosphorous organic amendments for agricultural use.
dc.identifier.urihttps://repositoriodigital.uct.cl/handle/10925/6146
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidad Católica de Temuco
oaire.resourceTypeTesis Doctoral
uct.catalogadorRMJ
uct.comunidadRecursos Naturales
uct.facultadFacultad de Recursos Naturales
uct.nucleosNúcleo en Producción Alimentaria
uct.unidadacademicaDirección General de Investigación y Postgrado
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