Biofertilizer potential of digestates from small-scale biogas plants in the Cuban context

Abstract

The residual sludge from anaerobic digestion known as digestate has been used as a valuable biofertilizer, but the effect of the substrate, the configuration of the reactor and the operating parameter changes the quality and amounts of nutrients in it. Therefore, it is necessary to know its potential characteristic of fertilizer to apply it correctly in crops of national interest. The aim of this work was to characterize the digestate generated from three biodigester technologies (fixed dome, floating drum and tubular) and three substrates: swine manure, cow manure, and co-digestion of swine and cow manure obtained in the province of Sancti Spíritus, Cuba, in terms of nutrient and matter content. For this purpose, stratified statistical sampling was carried out to ensure representative samples and descriptive statistical techniques were used to process the analyses. The digestate was divided into liquid and solid fractions according to the dry matter content (15%). The content of organic matter and ash represented around 50% for both fractions, which enhances its value as a soil conditioner. The nutrient content of both fractions showed good fertilizing properties, having a nutrient ratio (NH4 +:PO4 3-:K+:SO4 2-:Mg2+:Ca2+) in the liquid (0.002:0.80:0.10:1.00:0.89:0.93) and solid (0.0003:0.96:0.002:1 .00:0.52:0.50) fractions, that would contribute to the return nutrients to the soil. The quality of the liquid fraction as irrigation water was assessed as good, according to the relationship between the concentration of the nutrients (Ca, Mg, Na and K) and hardness. Further research is needed on the appropriate dosage for the different crops, and its contribution to sustainable agriculture in the Cuban context.

El lodo residual de la digestión anaerobia conocido como digestato ha sido utilizado como un valioso biofertilizante, pero el efecto del sustrato, la configuración del reactor y los parámetros operacionales cambian la calidad y las cantidades de nutrientes en él. Por lo tanto, es necesario conocer su característica potencial de fertilizante para aplicarlo correctamente en cultivos de interés nacional. El objetivo de este trabajo fue caracterizar el digestato generado a partir de tres tecnologías de biodigestores (campana fija, campana flotante y tubular) y tres sustratos (estiércol: cerdo, vaca y codigestión de ambos) obtenidos en la provincia de Sancti Spíritus, Cuba, en términos de nutrientes y contenido de materia. Para ello, fue realizado un muestreo estadístico estratificado para asegurar muestras representativas y se usaron técnicas de estadística descriptiva para procesar los análisis. El digestato se dividió en fracciones líquidas y sólidas de acuerdo al contenido de materia seca (15%). El contenido de materia orgánica y cenizas representó alrededor del 50% en ambas fracciones, lo que mejora su valor como acondicionador del suelo. El contenido de nutrientes mostró buenas propiedades fertilizantes, con una relación de nutrientes (NH4 +:PO4 3-:K+:SO4 2-:Mg2+:Ca2+) en las fracciones líquidas (0.002: 0.80: 0.10: 1.00: 0.89: 0.93) y sólidas (0.0003: 0.96: 0.002: 1.00: 0.52: 0.50), que contribuirían al retorno de nutrientes al suelo. La calidad de la fracción líquida como agua de riego se evaluó como buena, de acuerdo con la relación entre la concentración de los nutrientes (Ca, Mg, Na y K) y la dureza. Futuras investigaciones evaluaran la dosis adecuada de digestato para los diferentes cultivos y su contribución a la agricultura sostenible en el contexto cubano.