3.2 Elementos Conceptuales
3.4.4 Propuestas para mejorar calidad de los sustratos a partir de la tipificación de la materia prima
La Tabla 28 presenta el intervalo de confianza para el promedio de las variables de mayor interés en el control del proceso de compostaje.
Tabla 28. Intervalos de confianza para la materia prima del proceso de compostaje
Variable Unidad Valor-p Prueba de Shapiro Promedio Intervalo de Confianza (90% de confianza) pH Unidades 0,026 5,5 [5,39 - 5,65] Humedad % 0,585 76,7 [75,84 - 77,54] COT % (b.s.) 0,082 33,0 [31,77 - 34,28] N TOTAL % (b.s.) 2,0E-07 1,6 [1,50 - 1,75] C/N -- 0,626 21,7 [20,23 - 23,08] K TOTAL % (b.s.) 0,052 1,6 [1,53 - 1,76] P TOTAL % (b.s.) 0,002 0,3 [0,24 - 0,32] Cenizas % (b.s.) 0,521 25,1 [23,53 - 26,57] Extracto etéreo % (b.s.) 0,393 4,3 [4,02 - 4,66]
Fibra cruda % (b.s.) 7,1E-05 12,1 [10,82 - 13,84]
Proteína % (b.s.) 2,03E-07 10,1 [9,33 - 11,11]
Carbohidratos % (b.s.) 0,771 48,4 [46,61 - 50,20]
Nota: b.s.: base seca
De acuerdo con lo analizado en este capítulo, la materia prima del proceso de compostaje de biorresiduos no presenta condiciones favorables debido a aspectos como pH en el rango ácido, humedades que exceden el 70%,
contenido limitado de COT, relación C/N menor a la recomendada en la literatura y baja concentración del PTOTAL.
Adicionalmente, se observa un bajo contenido de fibra cruda, elemento que de suplirse, podría contribuir al incremento del C (celulosa, hemicelulosa y ligninas) estimulando una mayor formación de sustancias húmicas al final del proceso de compostaje.
En la literatura se mencionan diversas estrategias para mejorar el proceso de compostaje tales como la adición de materiales de soporte o de enmienda (Beck-Friis et al., 2003; Sundberg y Jönsson, 2005; Tsai et al., 2007; Wong et
al., 2009; Farrell y Jones, 2010;Epstein, 2011). Los materiales de soporte pueden favorecer el proceso ayudando a
regular el exceso de humedad y a mejorar la aireación del material, incidiendo también en la acidez del medio; los
materiales de enmienda pueden ayudar a incrementar deficiencias del C y PTOTAL, o favorecer un mejor pH para el
inicio del proceso.
Para las condiciones de la zona de estudio y buscando valorizar otros residuos o materiales disponibles, se realizó un inventario de materiales potenciales para incorporar como soporte o enmienda, encontrando: i) residuos de cosecha de frutas (mora), ii) bagazo de caña, iii) residuos de poda (pasto estrella), iv) material en proceso, v) cenizas de madera, vi) estiércol bovino, vii) estiércol porcino y viii) pollinaza. La evaluación de los materiales con mayor potencial incluyó la aplicación de la herramienta de selección (Ver Sección 0). La descripción de la aplicación
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Figura 12. Aplicación de la herramienta para valorar los potenciales materiales de soporte o enmienda
Los resultados de los tres escenarios de análisis muestran que los materiales con mayor potencial para incorporarse en el proceso de compostaje de biorresiduos en la zona de estudio son en orden descendente la ceniza de madera, los residuos de poda, material en proceso y el bagazo de caña. Los elementos determinantes en la selección fueron
la contribución de los materiales para mejorar la calidad fisicoquímica de los sustratos (Ver Anexo F).
Respecto de la ceniza alcalina, es un material amortiguador de la caída del pH en el proceso que ha sido sugerido en otros estudios (Koivula et al., 2004; Kuba et al., 2008; Kurola et al., 2011; An et al., 2012), debido a que incrementan la tasa de mineralización del material, la formación de ácidos húmicos, la disponibilidad de O2 y
minimiza compuestos ácidos como el H2S y los olores (Koivula et al., 2004), acortando el tiempo del proceso (Li et
al., 2013).
En relación con los residuos de poda, aunque no se encontraron estudios específicos del uso del pasto estrella como material de soporte en el compostaje de biorresiduos, diversos estudios han empleado el material de poda en el compostaje de biorresiduos, biosólidos y residuos de alimentos (Haug, 1993, Epstein, 1997; Francou et al., 2008; Kumar et al., 2010) alcanzando resultados favorables; la incorporación de este tipo de material, puede contribuir a la identificación de materiales de soporte que no han sido empleados o documentados previamente en localidades con contextos similares al de la población objeto de estudio.
El bagazo de caña es un material lignocelulósico cuya incorporación podría tener el doble propósito de servir como material de soporte y aportar contenido de COT, de manera que además de modificar las propiedades físicas de los biorresiduos, propiciaría mejores condiciones para la actividad biológica y cinética de biodegradación (Haug, 1993; Adhikari et al., 2009; Yang et al., 2013; Li et al., 2013); adicionalmente, aporta fibra cruda, elemento identificado con contenido limitado en la materia prima.
El material en proceso (maduro o inmaduro), en condiciones de acceso limitado a otro tipo de materiales de enmienda y/o soporte, puede ser incorporado para el control de la caída del pH al inicio del proceso, regular el exceso de humedad en el proceso e inocular microorganismos específicos al proceso. Ha sido empleado en el compostaje de una variedad de residuos (Kato y Miura, 2009; Lu y Guo, 2009; Ke et al., 2010; Li et al., 2013; Nakasaki et al., 2013) y estas experiencias son descritas en la Sección 4.2.
56
3.5
Conclusiones del capítulo
El conocimiento de la calidad de la materia prima en el compostaje es fundamental para el desarrollo del proceso de compostaje y la calidad del producto. En este estudio se encontró que en términos de la calidad fisicoquímica, las materias primas que se procesan el día lunes y las del jueves son estadísticamente iguales.
El estudio de la calidad de la materia prima permitió encontrar una variabilidad significativa la calidad fisicoquímica
de la materia prima del compostaje en ocho de los doce parámetros (NTOTAL, C/N, PTOTAL, KTOTAL, cenizas, fibra cruda,
proteínas y carbohidratos), que se demuestra con los coeficientes de variación que estuvieron entre 22,52% y 42,98%, mostrando la necesidad de identificar esquemas de operación, control y monitoreo que se articulen con la variabilidad identificada.
La materia prima de la instalación de compostaje se caracterizó por presentar una alta proporción de residuos de alimentos sin procesar cuyos elementos más representativos son en su orden: i) mezcla de alimentos no procesados, ii) plátanos y tubérculos, y iii) frutas cítricas. La calidad fisicoquímica de la materia prima es característica de los residuos de alimentos, con un predominio de pH ácido, alto contenido de humedad, una relación C/N menor a los valores recomendados para el desarrollo del proceso y una materia orgánica caracterizada por el predominio de elementos de fácil degradación (carbohidratos, proteínas). Se destaca el aporte de potasio por la presencia de cáscaras de plátano, y una deficiencia en el fósforo que puede limitar el valor nutricional del producto. El contenido de cenizas evidencia la presencia de material mineral proveniente de frutas y vegetales así como por la presencia de impurezas que ameritan continuar con el arraigo de los hábitos de separación en la fuente. Se encontraron bajos coeficientes de correlación entre los parámetros de la composición física y los de las características fisicoquímicas; esto está relacionado posiblemente a la heterogeneidad en el contenido nutricional y fisicoquímico de cada uno de los elementos que integran las categorías de composición física propuestas que dificultan el análisis desarrollado, así como a la alta incertidumbre generada en la categoría mezcla de materiales que está integrado por todas las fracciones de alimentos sin procesar.
Para las condiciones de la materia prima se identificó la necesidad de identificar estrategias para mejorar el proceso de compostaje que incluyeron los materiales de soporte para regular el exceso de humedad y suministrar porosidad mejorando la aireación y la condición de acidez del medio, así como los materiales de enmienda que ayudan a incrementar el contenido de C y PTOTAL, o favorecer un mejor pH para el inicio del proceso. La herramienta
desarrollada facilitó la selección la ceniza de madera, residuos de poda, material en proceso y bagazo de caña, los cuales fueron escogidos por su aporte para mejorar las deficiencias o excesos de la calidad de los biorresiduos y por las facilidades para la adquisición, disponibilidad, transporte y manejo en la instalación de compostaje.
57
4
EVALUACIÓN DE OPCIONES PARA MEJORAR EL PROCESO Y LA CALIDAD DEL
PRODUCTO DEL COMPOSTAJE DE BIORRESIDUOS
4.1
Introducción
El proceso, la calidad del producto y los impactos ambientales del compostaje son afectados por condiciones ambientales, características del sustrato, control del proceso y tiempo de maduración del producto (Chiumenti et al., 2005; Hargreaves et al., 2008; De Guardia et al., 2010). En este trabajo se identificaron condiciones de la materia prima poco favorables para el proceso de compostaje de biorresiduos, tales como una relación C/N inferior a 20 y
una alta humedad que afecta adversamente la porosidad del material y la difusión de O2 (Jolanun et al., 2008; El
Kader et al., 2007; Krogmann et al., 2010) y que pueden favorecer procesos anaerobios, caídas en el pH, disminución en la tasa de degradación y baja calidad del producto (Guo et al., 2012; Sundberg y Jonsson, 2008; Diaz y Savage, 2007).
En instalaciones de compostaje que tratan sustratos con una alta humedad y que son de rápida degradación como los residuos de alimentos, se requiere una cuidadosa selección de tecnología y mayores controles operacionales (Krogmann et al., 2010). Diversas estrategias se han analizado para el control de la humedad, la caída en el pH y para incrementar el contenido de COT, tales como i) la incorporación de materiales de soporte y enmienda, y ii) el incremento en la tasa de aireación; estas estrategias han demostrado su influencia en el proceso, acelerando la fase de maduración (Haug, 1993; Tiquia, 2005; Epstein, 2011; Beck-Friis et al., 2003; Sundberg y Jönsson, 2005; Wong et al., 2009; Epstein, 2011). Respecto de los materiales de soporte y de enmienda, en el Capítulo 3 se encontró que los materiales que tienen potencial para incorporarse en el proceso son: i) pasto estrella, ii) cenizas de combustión de madera, iii) bagazo de caña y, iv) material pre-compostado.
Dadas las condiciones predominantes de calidad de la materia prima del compostaje de biorresiduos, la necesidad de identificar medidas de operación y control para mejorar el proceso y la calidad del producto, y la importancia de contribuir a incrementar la competitividad de esta opción para la gestión de los RSM en el contexto de localidades menores de países en desarrollo, en este capítulo se presentan la evaluación del efecto sobre las condiciones del proceso de compostaje y la calidad fisicoquímica y microbiológica de los productos, de la incorporación de los potenciales materiales de enmienda y soporte y del incremento en la frecuencia de volteo.