Methodologies using soil organisms for the ecotoxicological assessment of organic wastes

Abstract

La correcta gestió dels residus orgànics és un dels principals reptes actuals a la Unió Europea, en resposta al fort increment en la seva producció en les darreres dècades. Les creixents limitacions en la incineració i el dipòsit en abocador de residus orgànics ha conduit cap a un increment en el reciclatge en el sòl d'aquests residus en forma d'esmena orgànica, perfilant-se aquesta com la principal via de gestió actual i futura. Malgrat tot, els residus orgànics són també el destí final de contaminants originats amb les activitats humanes. Per tant, el reciclatge de residus orgànics en sòls pot també representar un risc, ja que podria malmetre de manera irreparable els organismes edàfics i les funcions que duen a terme, bàsiques per al funcionament dels ecosistemes terrestres i les societats humanes.<br/>Actualment, a la Unió Europea no existeixen requeriments de qualitat mínima per a permetre el reciclatge de residus en el sòl, amb l'excepció dels fangs de depuradora, pels quals existeix una legislació específica. A més, en els escassos casos en què existeix aquesta avaluació de qualitat, el criteri utilitzat és exclusivament basat en anàlisis químiques, i fins ara, els bioassaigs no han estat incorporats en la legislació malgrat els seus avantatges en termes de rellevància per a situacions reals. Malgrat tot, un pas necessari per a aquesta incorporació és la definició de quins bioassaigs són adients per a aquesta finalitat.<br/>En aquesta tesi, diversos bioassaigs amb organismes terrestres i aquàtics (Microtox, cladòcers, microorganismes del sòl, plantes, lumbrícids, enquitreids i col·lèmbols), paràmetres biològics (letals i subletals), i procediments (fase sòlida o extractes dels residus) són comparats per al seu ús el l'avaluació de risc ecotoxicològic de diversos residus orgànics per tal de seleccionar-ne els més adients. Posteriorment, per cada residu, i a partir d'un conjunt de dades de toxicitat per a diversos organismes habitants del sòl, s'estimen dosis segures d'esmena, les quals es comparen amb les dosis habituals i amb treballs de camp sobre els efectes d'esmenes orgàniques en la biota del sòl. Finalment, s'estudia la validesa dels resultats de toxicitat d'un residu orgànic obtingut en el sòl artificial OECD per a fer extrapolacions de resultats en sòls naturals. A més, s'avalua la influència de les propietats tant en els organismes test com en la pròpia toxicitat d'un mateix residu.

Correct organic wastes management is one of the main challenges in the European Union given its production increase in the last decades. Increasing limitations to organic waste incineration and landfilling, together with its fertilizing potential, has lead to their recycling as soil amendment. In fact, waste use in soil is currently the main waste management option, and it is predicted to increase in the next years. However, organic wastes also are the final sink of pollutants released by human activities. Disposal in soil might lead to irreparable damage for soil organisms and their functions, which play a central role in terrestrial ecosystems and human societies.<br/>No requirements of a minimum organic wastes quality exist in the European Union for their recycling in soils, with the exception of sewage sludge, for which specific legislation exist. In this particular case, only chemical assays are taken into account and, to date, bioassays are not considered for this purpose, despite their advantages in terms of relevance for real situations. However, a first step for the inclusion of bioassays into legislation for the quality assessment of wastes is to define suitable methods for this purpose.<br/>In this thesis, a wide range of bioassays (Microtox, daphnids, soil microorganisms, plants, earthworms, enchytraeids, and collembolans), endpoints (lethal and sublethal), and procedures (waste's solid-phase and eluates), are evaluated to be used for the ecotoxicological risk assessment of different organic wastes (dewatered, composted and thermally-dried sewage sludges, and thermally-dried pig slurry) in order to select the most suitable methods for this purpose. Furthermore, safe amendment rates for each waste are derived from laboratory data and compared with usual amendment rates and with published field works on waste effects on soil-dwelling organisms. Finally, the validity of OECD artificial soil for waste testing is also assessed by comparison of toxicity results in different natural soils using the same waste. In addition, the biasing influence of soil properties on waste toxicity results is also evaluated, through their effects on the test organisms as well as through their influence on the toxicity of wastes.