Compostaje Termófilo (aeróbico)

El compostaje termófilo o a alta temperatura, como lo dice su nombre sucede cuando las temperaturas se elevan debido a los microorganismos o “caldo microbiano” (Bacterias, hongos, protozoos y actino bacterias) que se desarrollan en estas condiciones. Los organismos termófilos pueden generar un ambiente que destruye a los organismos

resultante tiene un aspecto totalmente distinto al estiércol crudo. Para objeto de este trabajo se apuntará a conseguir este tipo de compostaje, ya es el que logra un saneamiento de mayor efectividad.

Expertos en la materia plantean lo siguiente: “A partir de un estudio de la literatura del tratamiento del estiércol crudo, se puede concluir que el único método a prueba de fallas para el uso del estiércol crudo que permite efectiva y esencialmente la inactivación total de patógenos, incluyendo a los helmintos [lombrices intestinales] más resistentes como los huevos de Áscaris y cualquier otro patógeno bacteriano o viral, es el tratamiento a una temperatura de 55° a 60°C durante varias horas” (Shuval, 1981). En este libro los

expertos se refieren específicamente al calor de la pila de composta.

Los organismos termofílicos viven y se reproducen con temperaturas mayores a los 45° C, sin embargo, solo algunos grupos de organismos pueden mantener su actividad con temperaturas mayores a 65° C (Termófilas extremas). A pesar de esto, aun por sobre los 65° C existen actividades beneficiosas para la pila de composta, aun hasta los 90° C existen microorganismos que trabajan en la descomposición de materia orgánica (Hillel I, Charles G, & DeAnne S, 1981). Alcanzar estas temperaturas puede ser extremadamente beneficioso desde el punto de saneamiento ya que como se habló anteriormente los organismos patógenos son inactivados con temperaturas sobre los 55° C.

Este es un proceso que depende del calor que proviene de la descomposición y que gracias a esto alcanza altas temperaturas que pueden alcanzar hasta los 90° [C], las cuales deben durar un número de días que asegure una reducción segura de agentes patógenos. Para lograr altas temperaturas se debe obtener una alta tasa de descomposición, la cual requiere mucho oxígeno, es más, el peso total del aire necesario normalmente excede varias veces el del sustrato. En un compostaje exitoso, el pH del sustrato aumenta a 8-9, inclusive cuando el pH es bajo (~5). Este aumento de pH se debe principalmente al nitrógeno (N) orgánico, que se degrada en forma de amoniaco.

Cuando el amoniaco es expuesto a una alta temperatura, un alto pH y una aireación elevada, este se pierde. Estas pérdidas se pueden reducir en cierta parte aumentando la relación de carbono/nitrógeno (C/N) mediante el uso de aditivos altos en carbono, como es el caso de hojas, papeles o paja. Sin embargo, si la relación C/N es muy alta (mayor a 30- 35)entonces se obtiene un efecto no deseable de ralentizar el compostaje, comprometiendo el proceso y evitando que se alcancen las temperaturas requeridas. Con relación de C/N que dan como resultado un compostaje exitoso, las pérdidas de nitrógeno (N) van en el rango de 10-50%. Si al compostaje de heces se le agrega además la orina la entrada de N en la composta aumenta de 3-8 veces y la mayoría del N de la orina se pierde, ya que está básicamente en forma de amoníaco, que escapa fácilmente del compostaje aerobio.

Finalmente, en la composta el 90-95% del nitrógeno (N) es nitrógeno orgánico. Este se vuelve disponible para las plantas solamente si es degradado adicionalmente en el suelo.

El nitrógeno remanente, 5-10% del total es amonio y nitrato, que están disponibles en las plantas.

El resto de los nutrientes (fosforo (P), potasio (K) y azufre (S)) se encuentran en altas cantidades en el compostaje. Sin embargo, si existen fugas de elementos lixiviados durante o después del proceso, debido a lluvias o sustrato líquido remanente, los nutrientes escurrirán con ellos y se perderán. Por lo tanto, es importante que en el manejo del compostaje se eviten el escape de lixiviados.

Estudios del compostaje con heces humanas y otros tipos de materiales orgánicos, fueron realizados en el norte de China por Scott y sus colaboradores en las universidades de Cheeloo y Yen Chin, con la finalidad de encontrar un mejor producto final en el proceso de compostaje, hablando desde el punto de vista de la calidad nutritiva para el suelo con fines agrícolas (Scott, 1952). Ambos métodos, aeróbico y anaeróbico fueron estudiados. Scott fue capaz de demostrar que, con compostaje aeróbico, en el cual, la materia fecal fue mezclada con materia vegetal en distintas proporciones y fue complementada con cenizas vegetales y excremento de caballo y vacas, se lograron temperaturas de 55°C-60°C que se mantuvieron durante al menos 3 semanas. Prácticamente todos los huevos de Áscaris fueron eliminados en conjunto con el resto protozoos, virus y bacterias. Scott agregó a su informe que los niveles óptimos de actividad microbiana se obtuvieron con humedades entre 50% y 60%. La presencia de moscas fue insignificante.

Se han identificado cepas de bacterias termófilas con temperaturas óptimas que van desde los 55°C hasta los 105°C, (Brock, 1986). Las cepas capaces de sobrevivir en ambientes con temperaturas extremadamente altas se llaman termófilos extremos o hiper- termófilos, y tienen temperaturas óptimas de 80°C o mayores. Estas bacterias se encuentran naturalmente en aguas termales, tierras tropicales, excremento humano, calentadores de agua y nuestra basura, por mencionar algunos lugares. La actividad biológica se detiene casi totalmente cuando la pila de composta alcanza los 82° C (Palmisano & Barlaz, 1996).

La tierra procedente de composta o abono puede contener de 1 a 10 tipos distintos de bacterias termófilas, mientras que otras tierras contienen el 0,25% o menos. Las tierras que jamás han sido cultivadas pueden estar libres de bacterias termófilas (Waksman, 1952).

Como se ha dado a entender en los párrafos anteriores, las bacterias termófilas son las responsables del calentamiento de las pilas de compostaje, lo cual puede ocasionar que estas se incendien. Si bien no existe una gran cantidad de casos en la cual pilas de composta se hayan incendiado, es importante tener precaución para que esto no ocurra. Casos conocidos son incendios desatados, en dos plantas de composta en USA – Schenectady y Cape May – debido a compostas demasiado secas (Jenkins J. C., 1999).

Es importante realizar la interrogante acerca del lugar de donde proviene la energía que se utiliza para calentar la pila de compostaje. La respuesta a esta pregunta nos lleva a una de las partículas más pequeñas que se conoce, el electrón. La transferencia de electrones de la glucosa al oxígeno, en un proceso de óxido-reducción, se llama oxidación aeróbica de la glucosa, en la cual mientras el oxígeno es reducido, el carbono es oxidado produciendo partículas de dióxido de carbono. Este es un proceso metabólico que realizan los microrganismos termófilos.

Ilustración 12 Ecuación oxido-reducción que ocurre en un compostaje termofílico.

Todos los organismos que usan el oxígeno para entregar electrones son llamadas aeróbicas. Todos los macroorganismos y muchos microorganismos son obligadamente aerobios. En otras palabras, sólo pueden utilizar el oxígeno para entregar electrones.

Sin embargo, el calor de la pila de composta es una característica muy aclamada del compostaje a la cual se le da demasiado peso en ocasiones. Se puede llegar a creer que es únicamente el calor de la composta la que destruirá a los patógenos, por lo que buscarán alcanzar la mayor temperatura posible. Esto, no es totalmente beneficioso para la pila de composta, de hecho, la composta puede sobrecalentarse y cuando lo hace, destruye la biodiversidad de la comunidad microbiana. Como lo plantea Harold Gotaas, “Los estudios

han indicado que la temperatura no es el único mecanismo involucrado en la destrucción de patógenos y que el uso de temperaturas muy elevadas podría incluso, constituir una barrera para el saneamiento efectivo bajo ciertas circunstancias” (Gotaas, 1956).

Una pila de composta demasiado caliente puede destruir su propia comunidad biológica y dejar una masa de material orgánica que requerirá ser poblada nuevamente para continuar con el proceso de transformación. Una composta esterilizada de esta manera es más propensa a ser colonizada por organismos no deseados, como la Salmonella. Investigadores han demostrado que la biodiversidad de la composta actúa como barrera contra la colonización de microorganismos no deseados.