Estudio comparativo del uso de dos sustratos con inóculos microbiales para el tratamiento de residuos orgánicos sólidos en compostaje doméstico

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA

ÁREA ACADÉMICA AGROFORESTAL

PROGRAMA DE MAESTRÍA EN GESTIÓN DE RECURSOS NATURALES Y TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN

ESTUDIO COMPARATIVO DEL USO DE DOS SUSTRATOS CON INÓCULOS MICROBIALES PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS ORGÁNICOS

SÓLIDOS EN COMPOSTAJE DOMÉSTICO.

Trabajo Final de Graduación sometido al Tribunal del Área Académica Agroforestal del Instituto Tecnológico de Costa Rica para optar por el grado de

Magister en Gestión de Recursos Naturales y Tecnologías de Producción

GINA PAOLA BORRERO GONZÁLEZ

Campus, Cartago Costa Rica

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AGRADECIMIENTOS

A Dios y al Universo por la fortaleza y buena energía para realizar este trabajo.

A mi hija Támara Borrero, por su comprensión, motivación y compañía en todo momento.

Al M.Sc. Fabián Pacheco Rodríguez por su acompañamiento como tutor de este estudio, por su apoyo incondicional, por compartir sus conocimientos y por creer en mí trabajo.

Al Dr. Dagoberto Arias Aguilar, por su guía para el análisis estadístico de los resultados del estudio y a su colaboración como lector del estudio.

Al M.G.A. Rooel Campos Rodríguez, por su motivación y dirección en aspectos de la gestión de residuos.

A la Dra. Lidieth Uribe, Leída Castro, Dra. Floria Bertsch, Rebeca Vargas y a todas las

personas del Centro de Investigación Agrícola de la Universidad de Costa Rica, que apoyaron en los análisis y pruebas realizadas en los laboratorios de microbiología y suelos.

Al Centro Nacional Especializado en Agricultura Orgánica del Instituto Nacional de Aprendizaje (CNEAO-INA), en especial a la Dir. Carmen Durán Ruíz, por facilitar la infraestructura, equipo y materiales para realizar el estudio.

A los y las trabajadoras y estudiantes del CNEAO-INA, que colaboraron en la realización de la etapa de campo del estudio.

A mis hermanas Pamela Sánchez y Xiomara Sánchez, a mi familia en Colombia por su apoyo familiar incondicional, que presentes o a la distancia fueron mi fortaleza en todo momento.

A mis amigos y compañeros de vida María Ruth Martínez, Cristina Venegas, Casia Soto, Lupita Vargas, Gorka Izurzu, Eduardo Agüero y Donald Rojas por su motivación, apoyo y guía personal, durante la maestría y desarrollo de la tesis.

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ÍNDICE DE CONTENIDOS

Agradecimientos ... iii

Hoja de aprobación ... iv

Índice de contenidos ... v

Índice de cuadros ... ix

Índice ce figuras ... x

Índice ce anexos ... xiii

Lista de abreviaturas ... xv

Resumen ... xvi

Abstract ... xvii

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ... 1

1.1.Introducción al tema de estudio ... 1

1.2.Justificación del estudio ... 4

1.3. Objetivos e Hipótesis ... 11

1.3.1 Objetivo General ... 11

1.3.2. Objetivos Específicos ... 11

1.3.3. Hipótesis ... 11

CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO ... 12

2.1. El compostaje descentralizado y doméstico... 12

2.2. El compostaje ... 14

2.2.1. Fases del compostaje ... 15

2.2.2. Factores que afectan el compostaje ... 16

a. Temperatura ... 16

b. pH ... 17

c. Humedad ... 17

d. Relación carbono / nitrógeno (C/N) ... 18

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2.3. El Compost ... 22

2.3.1. Características del compost y parámetros de calidad ... 23

a. Parámetros químicos y físico-químicos ... 24

b. Parámetros de inocuidad ... 26

c. Parámetros de estabilidad y madurez ... 29

d. Calidad nutricional ... 32

e. Calidad microbiológica ... 33

CAPITULO 3. MARCO METODOLÓGICO... 34

3.1. Tipo de investigación y ubicación ... 34

3.2. Diseño del estudio ... 34

3.3. Participantes y su selección ... 37

3.3.1. Perfil de las familias que aportaron los residuos orgánicos ... 38

3.4. Etapas del estudio ... 39

Objetivo 1. Medición del comportamiento de las principales variable físicas, químicas y biológicas en el proceso de compostaje a escala doméstica, como respuesta al uso de dos sustratos de microorganismos MM y Takakura. ... 40

3.4.1. Etapa 1. Preparación de los tratamientos (sustratos) y unidades experimentales (compostadoras). ... 40

3.4.2. Etapa 2. Proceso de compostaje y medición de variables ... 47

a. Inoculación de compostadoras con tratamientos ... 47

b. Preparación de los residuos orgánicos colectados ... 48

c. Aporte de residuos orgánicos a las compostadoras ... 50

d. Compostaje final ... 52

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Objetivo 2. Determinación de la calidad del compost obtenido con los diferentes tratamientos, por medio de los principales indicadores de inocuidad, madurez y

estabilidad de los residuos orgánicos. ... 57

3.4.3. Etapa 3. Análisis del producto final ... 57

a. Eficiencia del compostaje y rendimiento del compost ... 58

b. Toma de muestras para análisis de laboratorio ... 59

c. Análisis en Laboratorio Microbiología Agrícola (LMA) ... 60

d. Análisis en el Laboratorio de Suelos y Foliares (LSF). ... 70

e. Análisis de información recolectada ... 70

Objetivo 3. Comparación de los costos del compostaje de residuos orgánicos a escala domestica con los sustratos MM y Takakura. ... 72

3.4.4.Etapa 4. Análisis de costos de las unidades de compostaje familiar (UCF) con sustrato MM y TAKA. ... 72

CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 74

Objetivo 1. Medición del comportamiento de las principales variable físicas, químicas y biológicas en el proceso de compostaje a escala doméstica, como respuesta al uso de dos sustratos de microorganismos MM y Takakura. ... 74

4.1. Microbiología de los tratamientos ... 74

4.2. Variables cuantitativas medidas durante el proceso de compostaje ... 76

4.2.1.Temperatura ... 76

4.2.2.pH ... 81

4.2.3.Reducción del volumen durante el compostaje ... 84

4.3. Observaciones cualitativas del proceso de compostaje ... 86

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4.4. Análisis de la calidad del producto final ... 90

4.4.1. Conteo de larvas en unidades compostadoras. ... 90

4.4.2. Eficiencia en la reducción de los residuos y rendimiento del compost 91 4.4.3.Parámetros físico – químicos del compost final ... 96

a. Humedad ... 96

b. pH compost final ... 97

c. Conductividad eléctrica (CE) ... 98

d. Relación C/N ... 100

e. Calidad nutricional del compost final ... 102

4.4.1.Parámetros microbiológicos del compost final ... 105

a. Calidad microbiológica ... 105

b. Estabilidad ... 107

c. Inocuidad microbiológica ... 108

d. Germinación y fitotoxicidad ... 109

Objetivo 3. Comparación de los costos del compostaje de residuos orgánicos a escala domestica con los sustratos MM y Takakura. ... 112

4.5. Comparación de costos de los tratamientos MM y TAKA. ... 112

4.5.1.Desglose de costos por tratamiento. ... 112

4.5.2.Impacto económico potencial con el uso de UCF MM y TAKA ... 119

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES... 122

5.1. Conclusiones ... 122

5.2. Recomendaciones ... 126

CAPITULO 6. REFERENCIAS ... 128

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ÍNDICE DE CUADROS

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Distribución aleatoria de las unidades experimentales. ... 35

Figura 2. Capacitación a estudiantes del CNEAO-INA, en compostaje doméstico. ... 37

Figura 3. Diagrama de etapas del estudio. ... 39

Figura 4. Biofermentador para la producción de MM. ... 40

Figura 5. Proceso de preparación de sustrato de MM. ... 41

Figura 6. Preparación de sustrato testigo de MM. ... 42

Figura 7. Ingredientes y procedimiento para obtener la Solución 1 para TAKA. .. 43

Figura 8. Ingredientes y procedimiento para obtener la Solución 2 para TAKA. .. 44

Figura 9. Proceso de preparación sustrato Takakura (TAKA). ... 45

Figura 10. Preparación de sustrato testigo de Takakura (TAKAT) ... 46

Figura 11. Preparación de compostadoras (UE). ... 46

Figura 12. Compostadoras (UE) con sustratos microbiales y sustratos testigos. . 47

Figura 13. Preparación de residuos orgánicos domiciliarios antes de cada aporte. ... 49

Figura 14. Aportes de residuos orgánicos domiciliarios (ROD) a las compostadoras (UE). ... 51

Figura 15. Termómetro utilizado para la medición de temperatura de los residuos en las compostadoras. ... 54

Figura 16. Medición de la altura del material en las compostadoras. ... 55

Figura 17. Muestreo para el conteo de larvas de las compostadoras MMT y ABST. ... 57

Figura 18. Malla metálica utilizada para el cribado. ... 59

Figura 19. Resumen del procedimiento para la determinación de la estabilidad del compost final. ... 62

Figura 20. Resumen del procedimiento realizado para la prueba de germinación. ... 64

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ÍNDICE DE ANEXOS

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LISTA DE ABREVIATURAS %G: Porcentaje de Germinación

 Menor que

: Mayor que

°C: Grados Centígrados ANDEVA: Análisis de Varianza

C/N: Relación Carbono Nitrógeno CE: Conductividad Eléctrica

CIA: Centro de Investigación Agrícola cm: Centímetro

CNEAO: Centro Nacional Especializado en Agricultura Orgánica

CO2: Dióxido de Carbono CRC: Colones Costarricenses

g: Gramo

GIR: Gestión Integral de Residuos IG: Índice de Germinación

IGES: Institute for Global Enviromental Strategies INA: Instituto Nacional de Aprendizaje

INEC: Instituto Nacional de Estadística y Censo kg: Kilogramo

l: Litro

LMA: Laboratorio de Microbiología Agrícola LSF: Laboratorio de Suelos y Foliares MAG: Ministerio de Agricultura y Ganadería MINAE: Ministerio de Ambiente y Energía mg: Miligramo

mm: Milímetro

MM: Microorganismos de montaña mS: Milisiemens

NMP: Número Más Probable

ROD: Residuos Orgánicos Domiciliarios SV: Sólidos Volátiles

t: Tonelada

UCF: Unidad de Compostaje Familiar UCR: Universidad de Costa Rica

ud: Unidad

UE: Unidad Experimental

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RESUMEN

Se realizó un estudio para evaluar técnica y económicamente los efectos de dos sustratos microbiales en la degradación de residuos orgánicos domiciliarios (ROD) en un sistema de compostaje doméstico. Para tal fin se comparó el método del preparado microbial de microorganismos de montaña (MM), usado en el Centro Nacional Especializado en Agricultura Orgánica (CNEAO-INA) de Costa Rica y el método Takakura (TAKA), inoculación con microorganismos fermentativos, de la técnica Japonesa, desarrollada por el Instituto para las Estrategias Globales Ambientales (IGES) de Japón.

Se estableció un experimento completamente aleatorio con 20 unidades experimentales, distribuidas en dos tratamientos (MM y TAKA), sus respectivos testigos (MMT y TAKAT), un testigo absoluto (ABST) y 4 repeticiones para cada una. Se utilizaron los ROD de 20 hogares, distribuidos en 7 aportes durante 18 días.

Se midieron las variables temperatura, pH y volumen durante los aportes y compostaje de los ROD durante 35 días. Se evaluó la respuesta de los tratamientos en el tiempo de degradación, reducción de los malos olores y estabilización de los ROD convirtiéndoles en compost. Al final del proceso se determinó la calidad del compost generado, por medio de análisis físicos, químicos y microbiológicos.

Los resultados confirmaron la eficacia del uso de sustratos microbiales, en el compostaje doméstico para reducir, estabilizar y transformar ROD en compost inocuo de alta calidad química, física y microbiológica, en comparación con los ROD sin tratamiento. Se resalta las ventajas del proceso de compostaje y la calidad del compost obtenido por medio del sustrato TAKA en comparación con el compost del sustrato MM.

Con respecto al análisis de costos, el sustrato MM es 7% menos costoso que el TAKA, estos costos no sobrepasan los USD17. Ambos tratamientos son bajo costo, comparados con el del actual manejo de residuos en rellenos sanitarios.

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ABSTRACT

A study was conducted to technically and economically evaluate the effects of two

substrates in the microbial decomposition of organic household waste (OHW) in a home

composting system. With this aim, two different composting inoculates were compared

amongst themselves: a microbial preparation of Mountain microorganism (MM), used in

the National Centre Specialized on Organic Agriculture in Costa Rica and the Takakura

method (TAKA), an inoculate with fermenting microorganisms which is a Japanese

technique, developed by the Institute for Global Environmental Strategies (IGES) in Japan.

A completely randomized experiment with 20 experimental units was established, divided

into five treatments (MM, TAKA), witnesses (TAKAT and MMT) and an absolute control

(ABST); each treatment had 4 replications. OHW from 20 households were used,

distributed in 7 inputs during 18 days.

Temperature, pH and volume were measured during the input and composting phases of

OHW for 35 days. Treatments where evaluated on their response to: decomposition time,

bad odor reduction, and stabilization of OHW conversion into compost. After the process,

the quality of compost generated was determined by physical, chemical and

microbiological analysis.

The results confirmed the efficacy of microbial substrates in home composting in order to

reduce, stabilize and transform OHW into innocuous compost of high chemical, physical

and microbiological quality compared with untreated OHW. Results highlight the quality of

compost obtained through TAKA substrate in comparison to compost obtained with MM

substrate.

Regarding the cost analysis, the MM substrate is 7% less expensive than TAKA, these

costs do not exceed USD17. Both treatments are inexpensive compared to the current

waste management landfills.

Keywords: compost, home composting, organic solid waste, microbial substrates,

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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1. Introducción al tema de estudio

Los modelos de producción, consumo y disposición de residuos (botaderos, rellenos sanitarios sin control o mal manejados) son factores de alto impacto en la calidad ambiental de los espacios habitados. En Costa Rica esto genera una práctica altamente generadora de residuos y una inadecuada gestión de los mismos, aspecto que se ha convertido en un problema de escala nacional que sobrepasa los límites de la gestión ambiental, impactando la salud humana y la conservación de los recursos naturales (MIDEPLAN 2010).

Los resultados del último censo realizado en el país, indican que la población de Costa Rica es de 4.301.712 habitantes y un total de 1.360.055 de viviendas; de estas viviendas el 83,36% entrega sus residuos a un camión recolector, solo el 39,5% separan los residuos orgánicos, de otros tipos de residuos. Por el contrario, el 16,64% está botando sus residuos en huecos, lotes baldíos, ríos y quebradas, o los quema. (INEC 2011).

De acuerdo con el último informe del Programa Estado de la Nación PEN (2013), la generación per cápita de residuos sólidos urbanos es de 0,63 kg/hab/día, con lo que se estima un total 2.710 toneladas métricas diarias de residuos sólidos producidos en los hogares costarricenses. El 55% de estos residuos corresponde a residuos orgánicos (CYMA 2008, PEN 2013).

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A pesar de que en el país se cuenta con una ley para la gestión integral de residuos (GIR) N° 8839 y un reglamento sobre el manejo de residuos sólidos ordinarios N° 36093-S (La Gaceta 2010); se continua la tendencia a utilizar los rellenos sanitarios y botaderos de basura (Soto 2013).

De acuerdo con estimaciones del Ministerio de Salud (Androvetto 2011) solo el 55% de los residuos se disponen en un relleno sanitario, el resto van a parar a vertederos, ríos, lotes baldíos o acequias. El uso de los rellenos sanitarios bajo condiciones controladas y la debida fiscalización es una alternativa viable, sin embargo, es una alternativa que debe reforzarse con procesos de selección en la fuente, de forma tal que los materiales valorizables puedan ser retirados de la corriente de los residuos sólidos municipales y tratados en otras instancias, contribuyendo con esto a alargar la vida útil de los rellenos sanitarios (Soto 2013).

En cuanto al uso de los botaderos es una evidente violación a la normativa ambiental (Soto 2013). Los botaderos carecen de tratamiento y control alguno, poniendo en riesgo la calidad de aguas superficiales y subterráneas, ya que no se controla escurrimiento de lixiviados y el arrastre de residuos hacia fuentes superficiales, además de la proliferación de plagas y enfermedades que impactan negativamente la salud de la población y emisión de gases de efecto invernadero.

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intensos, por lo que algunos alcaldes ven la oportunidad de migrar a otro tipo de tecnologías para el manejo de los residuos (Soto 2013).

El inapropiado manejo de los residuos orgánicos puede contaminar el aire, el agua y el suelo, hasta la salud humana; existe evidencias de que las personas que trabajan en el circuito de los residuos o que viven en las proximidades de los sitios de disposición de residuos, son infectados con mayor frecuencia por parásitos y microorganismos gastrointestinales. A menos de que los residuos orgánicos sean adecuadamente gestionados, los impactos adversos prevalecen hasta que se alcance una completa descomposición o estabilización de los mismos (Arrigoni 2011).

En Costa Rica no se cuentan con estudios para el manejo de residuos orgánicos a escala doméstica, tampoco se conoce el número de viviendas que dan manejo adecuado a dichos residuos, esta información podría ser colectada mediante el censo nacional del INEC.

Sin embargo, esta opción no es considerada a la hora de consultar a las viviendas sobre cómo son eliminados los residuos (denominados en el cuestionario como “basura”), pregunta 16 del cuestionario, de acuerdo con en el último censo nacional INEC (2011).

Las opciones dadas para la respuesta a dicha pregunta fueron: por camión recolector, la botan en un hueco o la entierran, la queman, la botan en un lote baldío, la botan en un río, quebrada o mar, otra, sin visibilizar la separación y manejo adecuado en la fuente.

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1.2. Justificación del estudio

La gestión de los residuos sólidos municipales según lo consignado en la Ley GIR 8839, establece de manera obligatoria la separación en la fuente, la valorización de los materiales y plantea las diversas estrategias de tratamientos, que podrían incluir compostaje, incineración, biogasificación y relleno sanitario. El compostaje en grandes cantidades es una opción difícil de manejar, la incineración y la biogasificación son costosas, y el relleno sanitario ha sido la opción más cómoda y sostenible hasta el momento (Soto 2012).

En cuanto a la incineración de los residuos es una opción que en el país está en discusión, debido a los impactos ambientales negativos que se pueden generar con este tratamiento, principalmente porque en el proceso de incineración se emiten sustancias toxicas a la atmosfera, especialmente dioxinas y furanos.

Sin embargo, sólo el 23% de las municipalidades han establecido sistemas de recolección separada de residuos sólidos (PEN 2011), por lo que a pesar de la ley, aún la mayoría de los residuos sólidos van mezclados; en este sentido el principal enfoque de los gobiernos locales para la gestión de los residuos, debería ser en dar tratamiento al 55 % de los residuos sólidos biodegradables, compuestos de materia orgánica de fácil degradación, la cual actualmente se está mezclando junto con materiales peligrosos y metales en los rellenos sanitarios (Soto 2012).

En la actualidad la gestión de los residuos orgánicos se orienta hacia sistemas integrales y sostenibles (Woodard et al. 2004), donde el compostaje se vuelven una opción sustentable para reducir los vertidos tanto en rellenos sanitarios como en vertederos a cielo abierto (Zurbrügg et al. 2004).

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orgánica de los residuos ordinarios, debido a que a partir de éstos, se puede obtener compost, un producto de utilidad en este tipo de agricultura como mejorador del suelo y fertilizante orgánico.

Existen otras soluciones como la recuperación de energía o la producción de azúcar para sustrato en la generación de metanol, pero estas son más estudiadas en países desarrollados, ya que dependen de un equipamiento más sofisticado y costoso. En este sentido, el compostaje resulta ser una opción más accesible y viable para los países en desarrollo (UNEP 2005, Körner et al. 2008, Andersen et al. 2010, citados por Arrigoni 2011).

En el caso de los residuos sólidos ordinarios, de tipo orgánico, merecen un proceso de separación en la fuente y su respectivo tratamiento a nivel individual en cada vivienda, por medio del compostaje.

El compostaje doméstico es una práctica sencilla, que se puede considerar como una alternativa para reducir la fracción orgánica de los residuos ordinarios, a su vez permite cerrar el ciclo de residuos orgánicos sin necesidad de transporte. En este sentido se destaca que el compostaje doméstico la producción de emisiones de gases de efecto invernadero se considera nula (Amigos de la Tierra 2013).

Una buena separación en origen de los residuos orgánicos y su debido tratamiento descentralizado, además de minimizar el gasto energético y la carga sobre el proceso de clasificación posterior, reduce los riesgos para la salud y los costos del reciclado de los demás residuos sólidos, brindando oportunidades para la innovación (Mason et al. 2004).

En un reciente estudio de Amigos de la Tierra España (2013), que compara las emisiones de CO2 producidas por los tratamientos habituales de la fracción

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una tonelada de gases de efecto invernadero al año, en comparación con el tratamiento residuos orgánicos en planta.

De igual forma la huella de carbono relacionada al ciclo de vida del compostaje descentralizado es nula, principalmente porque la emisión proveniente del compostaje aeróbico, es considerada parte del ciclo natural del carbono; el proceso no requiere de ningún transporte asociado a emisiones por consumo de combustible fósil en ninguna etapa del ciclo de vida y el empleo del compost se realiza in situ (Amigos de la Tierra 2013).

Por otro lado el compostaje centralizado en plantas de grandes dimensiones tienen un alto nivel de mecanización de alto costo, lo que impide la implementación de sistemas en plantas de tratamiento a gran escala (Körner et al. 2008, citado por Arrigoni, 2011). En este contexto, el compostaje a menor escala y en forma descentralizada se muestra más accesible (Zurbrügg et al. 2004). De acuerdo con Pacheco (2009), el compostaje de residuos orgánicos domésticos in situ es una verdadera alternativa para resolver el problema de los residuos en las áreas urbanas.

Aunque el compostaje es tan antiguo como la agricultura, es una tecnología vigente por la eficiencia que ha mostrado en el tratamiento de residuos orgánicos sólidos. Por lo que se ha impulsado a conocer sus fundamentos con mayor profundidad, permitiendo optimizar su aplicación a diferentes residuos y situaciones (Saña y Soliva 2006).

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En este sentido países del continente europeo y asiático, cuentan con experiencias exitosas en la gestión y manejo de residuos orgánicos por medio del compostaje doméstico o domiciliario (individual), comunitario y/o municipal, descentralizado, y se está generando información científica al respecto con la que han logrado implementar sistemas de manejo de residuos a escala doméstica, principalmente con el uso de microorganismos en el proceso de compostaje.

Por otro lado la utilización de preparados microbiales para acelerar el proceso de degradación de la materia orgánica en el compostaje, es una práctica que viene siendo implementada, principalmente en sistemas agropecuarios alrededor del mundo.

Existen marcas registradas como el EM®, la cual se vende a nivel internacional como acelerador biológico en procesos de compostaje y para reducir los problemas de mal olor en sistemas agropecuarios o en el manejo de residuos orgánicos en general (Pacheco 2009).

En Costa Rica, se encuentran varios productos comerciales como inoculantes microbianos de diferentes marcas tales como, Agrigro LC, MIOMED, EM-1, Formula Biológica E/2001 OIKOBAC, Stubble Digest, Thomax EM (Okumoto 2003), los cuales son usados principalmente en agricultura. Reciénteme se encuentran en el mercado dos productos para la descomposición de residuos domiciliarios, uno a base de abono bokashi de la empresa Yo Composteo y una base biológica liquida de la empresa BIOECO, pero no se encontraron estudios sobre la eficiencia de dichos productos.

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En Indonesia, en la ciudad de Surabaya con más de 3 millones de habitantes se ha logrado disminuir el 23% residuos sólidos en 3 años, usando el método Takakura, que utiliza microorganismos fermentativos en el compostaje de residuos orgánicos en los hogares (IGES 2010).

Tanto el método MM como el Takakura mencionados anteriormente, comparten el principio de usar microorganismos nativos para acelerar el proceso de compostaje, la diferencia está en la forma como se realizan los preparados microbiales y los sustratos utilizados para tal fin.

Sin embargo, en Costa Rica aún no se concretan este tipo de iniciativas que requieren de una participación, concientización y empoderamiento de la población, además de tecnologías aptas, de fácil manejo y de bajo costo, para promover el compostaje domiciliario, como una opción para el manejo de residuos sólidos orgánicos directamente en los hogares.

Tampoco hay evidencia de estudios o experiencias en el manejo de residuos orgánicos a nivel domiciliario usando microorganismos, no obstante sí las hay en el manejo de residuos orgánicos a nivel agrícola. En este sentido el Centro Nacional Especializado en Agricultura Orgánica del Instituto Nacional de Aprendizaje (CNEAO–INA) ha sido un promotor de diversas tecnologías de compostaje que hoy en día agricultores orgánicos aplican en sus fincas, así como la experiencia en el manejo de residuos orgánicos de algunas fincas de producción banano, caña y café, o en industrias como Ticofrut, en donde se manejan los residuos orgánicos a través del compostaje o biodigestores.

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domiciliarios a nivel descentralizado, por medio del uso microorganismos en sistema de compostaje.

El estudio considerado como una investigación experimental, compara dos métodos de manejo de residuos orgánicos con la inoculación de microorganismos nativos, como aceleradores biológicos de la degradación de los residuos orgánicos y controladores de olores, en el compostaje a escala domiciliaria.

Los métodos comparados son la inoculación de microorganismos por medio del preparado microbial, conocido como microorganismos de montaña (MM), usados en el CNEAO-INA y la inoculación con microorganismos fermentativos, por medio del Compost Semilla del método Takakura, técnica japonesa, desarrollada por el Instituto de Estrategias del Medio Ambiente Global (IGES, por sus siglas en inglés).

En este sentido se evaluaron los diferentes patrones de respuesta de los sustratos en procesos de degradación de materia orgánica con la aplicación de inóculos microbiales (MM y Takakura) como aceleradores biológicos. De igual forma se analizó si la incorporación de estos microorganismos realmente acelera el tiempo de degradación, reduce los malos olores y estabiliza los residuos orgánicos convirtiéndoles en compost, en un tiempo y espacio que permita su uso y manejo en una vivienda. Cabe señalar que hay una discusión académica, sobre sí la inoculación con microorganismos ambientales degradadores es eficiente y útil en el compostaje o sí simplemente con su presencia atmosférica es suficiente.

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Reducir desde el lugar de origen, en este caso desde las viviendas los residuos orgánicos, podría prolongar la vida útil de los rellenos sanitarios, evitar los botaderos a cielo abierto, con ello disminuir la generación de CO2, contaminación

de mantos acuíferos y del suelo a causa de lixiviados tóxicos, que se generan principalmente por los residuos orgánicos que se mezclan con otros tipos de residuos. Paralelamente, incentivar la producción de compost doméstico sería un factor en la adopción de agricultura doméstica o familiar, huertos caseros, organopónicos y la agricultura orgánica, aunque este no ha sido eje de este estudio.

El estudio aporta información técnica sobre los dos métodos de compostaje (MM y Takakura) y genera recomendaciones técnicas sobre el manejo adecuado y no exigente, en términos de intensidad de trabajo y tiempo invertido en las unidades para el compostaje doméstico, con la intención de ofrecer propuestas viables que permita mejorar la gestión de residuos orgánicos a nivel domiciliario en Costa Rica.

Estos métodos además de ser prácticos y de fácil manejo son de bajo costo, aspecto que también se analizó dentro del estudio para conocer la viabilidad económica de implementar este tipo de tecnologías.

Por otro lado a nivel de resultados el estudio puede develar beneficios económicos, en caso de que existiera viabilidad técnica para implementar estos métodos a escala doméstica. Ya que los costos de la recolección, el transporte y el manejo de los residuos de las municipalidades, podrían disminuir considerablemente si se promueve el compostaje domiciliario.

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1.3 Objetivos e Hipótesis 1.3.1 Objetivo General

Evaluar la viabilidad técnica y económica del uso de los sustratos microbiales MM y Takakura, y sus efectos en la degradación de residuos sólidos orgánicos en sistemas de compostaje doméstico.

1.3.2. Objetivos Específicos

a. Medir el comportamiento de las principales variables físicas, químicas y biológicas en el proceso de compostaje a escala doméstica, como respuesta al uso de dos sustratos con microorganismos MM y Takakura.

b. Determinar la calidad del compost obtenido con los diferentes tratamientos, por medio de los principales indicadores de inocuidad, madurez y estabilidad del compost final.

c. Comparar los costos del compostaje de residuos orgánicos a escala doméstica con los sustratos MM y Takakura.

1.3.3. Hipótesis

1. Los sustratos MM y Takakura inoculados aceleran y mejoran la degradación de los residuos orgánicos domésticos en el proceso de compostaje.

2. En las etapas del proceso de compostaje, la reducción de residuos orgánicos se desarrolla de manera similar con los tratamientos aplicados.

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CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO

2.1. El compostaje descentralizado y doméstico

El compostaje descentralizado se ha convertido en una opción potencial como estrategia para optimizar la gestión de los residuos domiciliarios a nivel mundial. En este contexto, el proceso de compostaje desarrollado en compostadoras ha mostrado eficacia y un impacto positivo en la gestión de la fracción orgánica de estos residuos (Arrigoni 2011).

Se considera el compostaje doméstico como la aplicación de las técnicas de compostaje a los residuos orgánicos originados en el ámbito doméstico, principalmente procedentes de la preparación de alimentos y del mantenimiento de una huerta y/o jardín particular.e utilizan técnicas sencillas, basadas principalmente en el uso de compostadoras y la acción de distintos organismos vivos sobre los residuos (COGERSA 2009).

En principio, cualquier tipo de residuo orgánico generado en las cocinas de los hogares se puede compostar, hasta residuos de carnes y huesos (IGES 2010), no obstante algunos autores indican tener precaución o evitar residuos cocinados, grasas, carnes, huesos, lácteos y cítricos (Bueno 2010, COGERSA 2009).

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En un estudio comparativo realizado por Lundie y Peters (2005), se abordó el compostaje domiciliario frente a técnicas como el compostaje industrial y la disposición en sitios de vertido, concluyendo que el compostaje domiciliario tiene ciertas ventajas ambientales, relacionadas al consumo de energía y agua, a la reducción de la toxicidad potencial, de la eutrofización y de la emisión de gases de efecto invernadero.

También existen estudios que indican el nivel de respuesta positivo de vecinos en la puesta en práctica del compostaje doméstico como un quehacer cotidiano. Así mismo existen antecedentes que indican que la calidad del compost obtenido en el hogar, una vez que los vecinos superan las dificultades operativas, puede alcanzar una calidad agronómica aceptable (Papadopoulos et al. 2009).

Compostar a pequeña escala a partir de los propios residuos, supone una conducta responsable con el tratamiento de los residuos y el entorno. El compostaje doméstico puede ser una buena alternativa, también a nivel municipal y generar importantes ahorros económicos, de energía y de emisiones de gases de efecto de invernadero (Huerta y López 2010).

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En algunos casos específicos en localidades de Argentina, se ha implementado planes de ordenamiento territorial, contemplando la práctica del compostaje domiciliario como alternativa de disminución de costos en las tareas de recolección de residuos y modo de preservar el ambiente (Silbert et al. 2012).

Como experiencia exitosa, también se encontró el caso de la ciudad de Surabaya, Indonesia, en donde se ha logrado reducir más del 23% de residuos, por medio de un programa comunitario de compostaje descentralizado con el método Takakura, consecuentemente esta experiencia ha sido adoptada en muchas ciudades de Indonesia, Tailandia, Filipinas, Malasia y Nepal (IGES 2010).

2.2. El compostaje

El proceso de compostaje se define como la transformación biológica de los residuos en condiciones controladas; es gestionar los residuos orgánicos de una manera respetuosa con el entorno, involucrando y responsabilizando a la sociedad que los produce y dando al compost el destino adecuado. (Soliva et al. 2008).

El compostaje se da mediante un proceso bio-oxidativo controlado en el que intervienen numerosos y diversos microorganismos, requiere de una humedad adecuada y sustratos orgánicos heterogéneos en estado sólido, que evoluciona a través de una fase termófila y temporal de liberación de fitotoxinas, produciendo dióxido de carbono, agua, minerales y materia orgánica estabilizada, libre de fitotoxinas para su empleo en la agricultura (Zucconi y de Bertoldi 1987, citado por Madrid 2012).

(32)

responsables en parte de la velocidad a la que los sustratos orgánicos son degradados (Pacheco 2009).

2.2.1. Fases del compostaje

El proceso de compostaje pasa a través de cuatro fases, marcadas por los cambios de temperatura. La fase mesófila (20 - 35° C), donde la intensiva actividad bacteriana actúa sobre los compuestos de la materia orgánica más fácilmente biodegradables lo que conlleva a un aumento de temperatura. La fase termófila (35 – 65 °C), el compost alcanza una temperatura que se mantiene por encima de los 60 grados centígrados debido a la actividad de microorganismos capaces de digerir las más complejas moléculas de la materia orgánica tales como proteínas, grasas, lignina y celulosa; esta fase es importante cuando se busca la higienización del compost, ya que por las altas temperaturas se consigue eliminar la mayor parte de patógenos, pero hay que tener en cuenta que con temperaturas muy elevadas (65-70°C) muchas poblaciones de microorganismo del proceso de compostaje, mueren o permanecen en forma de esporas (Bueno 2010).

Según Bueno (2010), los procesos fermentativos termófilos con elevación de temperaturas hasta los 65-75 °C, solo ocurre en grandes cantidades de materia orgánica amontonada, más de 700 kg o un metro cúbico, mientras que en compostadoras domésticas, pequeños montones o en el lombricompostaje el proceso se realiza a temperatura ambiente en la fase mesófila.

(33)

2.2.2. Factores que afectan el compostaje

Durante el proceso de compostaje, se presentan variables que son importantes considerar, como la temperatura, el pH, la humedad y la relación carbono nitrógeno. Las cuales se detallan a continuación:

a. Temperatura

La temperatura es considerada como una variable fundamental en el control del proceso de compostaje, ya que representa su evolución en el tiempo y se ha demostrado que pequeñas variaciones en la temperatura afectan más a la actividad microbiana que pequeños cambios de la humedad, pH o de la relación C/N (Moreno y Moral 2008).

En el proceso de compostaje la temperatura se debe principalmente a la actividad microbiana presente en la mineralización de los materiales orgánicos. La temperatura del compostaje puede ser manejada según los objetivos de compostaje. Temperaturas mayores a 55ºC, maximizan la sanidad del proceso y son requisito indispensable en el tratamiento de gallinaza para cumplir con la legislación de Costa Rica (Ley Nº 291145 MAG-MINAE). Pero alcanzar dicha temperatura no es indispensable para el compostaje de residuos vegetales o residuos domiciliarios (Meléndez et al. 2003).

Por otro lado las temperaturas de 45-55ºC favorecen la velocidad de descomposición, y temperaturas menores de 45ºC favorecen la diversidad microbiana, así como disminuyen la volatilización de nitrógeno (Stetinford 1996, citado por Meléndez et al. 2003).

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b. pH

El proceso de compostaje es relativamente poco sensible al pH dentro del rango que presentan las mezclas de residuos orgánicos (pH de 3 – 11), debido al gran espectro de microorganismos presente (Arrigoni 2011).

El grado de acidez o alcalinidad durante el proceso de compostaje, influye en el proceso debido a su acción sobre los microorganismos presentes. La mayoría de bacterias y microorganismos del compostaje, se desarrollan bien en un medio poco ácido, neutro, mejor aún si es ligeramente alcalino, en un rango de pH de 6 a 8. En cambio en medios ácidos (por debajo de un pH 6), la actividad microbiana se disminuye (Bueno 2010).

Normalmente en la fase inicial del proceso de compostaje se da una caída del pH, debido a la liberación de ácidos orgánicos de la materia orgánica. Conforme el proceso de descomposición continúa, estos ácidos orgánicos son descompuestos liberándose bases y altos contenidos de amoniaco que ayudan a elevar el pH (Soto 2003).

En compostaje de materiales orgánicos diversos como los residuos domiciliarios, se presenta una rápida degradación de los compuestos nitrogenados, induciendo a una alcalinización del compost, aumentando consecuentemente el pH. La mayoría de los compost maduros presentan un pH de 7,5 (Bueno 2010).

c. Humedad

La humedad en el compostaje está relacionada con el contenido de agua de los materiales originales, la actividad biológica, el contenido de oxígeno, la porosidad de los materiales y la temperatura (Arrigoni 2011).

(35)

La humedad máxima en un proceso de compostaje dependerá de la porosidad y absorción de los materiales, sin embargo un contenido entre 40 – 65% es recomendado como óptimo (Arrigoni 2011, Bueno 2010, Atlas y Bartha 2002)

La humedad tiende a disminuir con el avance del proceso de compostaje, debido a la evaporación. Si la humedad baja del 40% la actividad biológica disminuye y la descomposición se vuelve lenta, debido a que los nutrientes ya no son disponibles para los microorganismos por no estar en un medio acuoso. La actividad de estos es completamente inhibida por debajo del 15% de humedad (USEPA 1994, citado por Arrigoni 2011)

Si el contenido de humedad es mayor y supera el 65%, el agua desplaza al aire ubicado en los poros del material y limita su ingreso, lo que genera condiciones anaeróbicas, y puede llevar a la putrefacción de la materia orgánica (Arrigoni 2011).

d. Relación carbono / nitrógeno (C/N)

Se ha demostrado que la relación C/N, es la condición más importante para suplir las necesidades nutricionales de los microorganismos, el resto de los nutrientes se encuentran en concentraciones adecuadas en la mayoría de los residuos (Arrigoni 2011).

En el proceso de compostaje una buena relación C/N entre un rango de 25 a 30, es fundamental para suplir un buen sustrato para el desarrollo de los microorganismos, lo que a final acelera el proceso de descomposición y mejora la calidad del producto final (Arrigoni 2011, Meléndez et al. 2003).

(36)

eliminados como CO2 gaseoso en la atmósfera mientras que la mayor parte del

nitrógeno es reciclado en nuevos microorganismos (Trautmann y Krasny 1997, citado por Arigoni 2011).

e. Microorganismos en el proceso de compostaje

La elevada presencia de micro y macroorganismos, es vital e indispensable en todo proceso de degradación, descomposición o fermentación de los materiales orgánicos, hasta transformarlos en humos o material asimilable por las plantas (Bueno 2010).

Los microorganismos que intervienen en el proceso de compostaje son muy diversos, en las primeras fases predominan las bacterias y en las fases finales los hongos adquieren gran importancia. La sucesión microbiana en el compostaje está determinada principalmente por la variación de temperatura durante el proceso, ya que cada microorganismo tiene un rango óptimo de temperatura muy estrecho, y hay poblaciones especializadas en la descomposición de las distintas sustancias y grupos funcionales que forman el material en degradación (Canet 2005).

Los microorganismos considerados beneficiosos para el compostaje son aquellos que biotransforman la materia orgánica, los que tienen la capacidad de degradar sustancias contaminantes y los que ejercen una actividad antagónica con los organismos patógenos, entre los perjudiciales se encuentran los causantes del mal olor y enfermedades (Arrigoni 2011).

Las bacterias, actinomicetos y los hongos, son los responsables de más del 95% de la actividad que se genera en el compostaje. Las algas y los protozoos son responsables del resto del proceso (Bueno 2010).

(37)

útil el uso de preparados microbiales o uso de cepas bacterianas seleccionadas, en el compostaje doméstico, de bajo volúmenes de masa compostada, en donde principalmente se usan residuos de cocina, hierbas y hojas secas (Bueno 2010).

Iniciar el proceso de compostaje con la inoculación de microrganismos especializados en degradación de materia orgánica y no esperar a que estos se desarrollen a través del sistema de compostaje, acelera el proceso de descomposición y permite aumentar los contenidos finales de nitrógeno (Meléndez et al. 2003). Sin embargo la mayoría de los experimentos en este campo han demostrado que la inoculación no afecta significativamente el proceso de compostaje (Paul y Clark 1996, citado por Meléndez et al. 2003).

La presencia de microorganismos en el proceso de compostaje varía dependiendo de los sustratos y las condiciones del proceso. Las bacterias y hongos se encargan de la fase mesófila (Meléndez et al. 2003). Después de que los materiales suaves han desaparecido, los microorganismos predominantes son los actinomicetos, hongos y levaduras. (Paul y Clark 1996, citado por Meléndez et al. 2003).

Las Bacterias: son los microorganismos más pequeños, numerosos y los primeros en aparecer durante el compostaje, (Laich 2011, Rynk et al. 1992, citado por Arrigoni 2011) y desempeñan el papel más destacado en la descomposición de la materia orgánica ya que poseen una amplia gama de enzimas capaces de romper químicamente una gran variedad de compuestos orgánicos (Laich 2011).

(38)

Las bacterias son el grupo que alcanza mayor desarrollo en la primera fase mesofílica y termofílica, pero decrecen considerablemente en la fase de maduración (Moreno y Moral 2008).

Los Hongos: son menores en número que las bacterias o actinomicetos pero con mayor masa y variedad (Laich 2011). Se encuentran en forma de moho y levaduras, en las fases de enfriamiento (2º fase mesofílica) y de maduración (al igual que los actinomicetes), cuando los nutrientes asimilables han sido agotados y los polímeros constituyen los únicos sustratos disponibles (Arrigoni 2011). Son responsables de descomponer polímeros vegetales complejos, demasiado secos, ácidos o pobres en nitrógeno, como la celulosa y lignina (Laich 2011).

Atacan residuos que disponen poco o nada de nitrógeno, poca humedad y/o un pH ácido y la mayoría viven en las capas externas del compost cuando la temperatura es alta en la superficie de la pila (Arrigoni 2011).

En el compostaje predominan los hongos de las especies mesofílicas y en condiciones de baja humedad y pH. Durante la fase termofílica suelen ubicarse en las capas externas del material en descomposición, creciendo en forma de filamentos formando colonias blancas o grises de textura aterciopelada, por lo que su rol es poco significativo durante esta fase. Los mohos son estrictamente aeróbicos y de suma importancia en las últimas fases (enfriamiento y maduración), cuando el agua comienza a escasear (Trautmann y Krasny 1997, Díaz et al. 2007, citado por Arrigoni 2011).

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Son los responsables en la formación del humus y de producir el olor característico a tierra húmeda del compost, debido a la volatilización de geosmina. Son bacterias filamentosas que carecen de núcleo como las bacterias pero poseen filamentos multicelulares como los hongos, lo que los hace muy similares. (Moreno y Moral 2008).

Pueden ser numerosos y se pueden observar a simple vista como manchas blancas o en una capa blanquecina. Se desarrollan favorablemente en condiciones cálidas, bien aireadas y con pH neutro a un poco alcalino (Arrigoni 2011).

Muchos actinomicetes pueden inhibir el crecimiento de microorganismos patógenos debido a la producción de antibióticos, enzimas líticas y parasitismo (Moreno y Moral 2008).

2.3. El Compost

En el reglamento de agricultura orgánica de Costa Rica, se define el compost como el producto natural resultante de transformaciones biológicas y químicas de la mezcla de sustancias de origen vegetal, animal y mineral, utilizado como fuente de nutrimento y mejorador de suelos (La Gaceta 2001).

(40)

2.3.1. Características del compost y parámetros de calidad

El final del proceso de compostaje viene marcado por un descenso de la temperatura debido a la reducción de la actividad microbiológica, sin embargo el enfriamiento puede deberse a otras causas como falta de aireación o una mala composición de los materiales. Por lo que es necesario comprobar que los materiales se encuentren bien compostados, ya que un compost inestable puede producir los mismos problemas derivados del uso de residuos frescos (Canet 2005).

De acuerdo con Soliva (2004), se puede hacer un listado amplio de parámetros de calidad a determinar en muestras de compost, que en cualquier caso, es necesario considerar la viabilidad de la aplicación de dicha información, sin olvidar, que cualquier interpretación de la composición de un compost precisa unos conocimientos del tratamiento a partir del que se ha obtenido el producto.

La calidad de los compost está determinada por el material original (composición y naturaleza de los materiales, grado de digestión, contenido original de nutrientes, entre otros) y por el sistema de compostaje (Gómez y Estrada 2005).

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Los requerimientos de calidad del compost están dirigidos a conseguir (Soliva 2011):

 Aspecto y olor aceptables

 Higienización correcta

 Muy bajo nivel de impurezas y contaminantes

 Nivel bueno de componentes agronómicamente útiles

Tradicionalmente se han usado los parámetros físicos, químicos junto con los microbiológicos como índices o requerimientos de calidad del compost y posteriormente se introdujeron los índices de madurez y estabilidad (Gómez y Estrada 2005).

Algunos países cuentan con normativas y estándares de calidad para el compost, en donde se establecen los valores límites o rangos permitidos de los principales parámetros de calidad, en el presente estudio se consideran los estándares del Canadian Council of Ministers of the Enviroment (CCME 2005), Hong Kong Organic Resourc Centre (HKORC, 2005), Waste y Resources action progamme del Reino Unido (WRAP 2011) y del European Compost Network (ECN 2012), debido a que en Costa Rica no se cuenta con este tipo de normativa.

a. Parámetros químicos y físico-químicos

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El pH y la Conductividad Eléctrica (CE)

El pH puede dar información sobre el desarrollo del proceso o las posibles causas de un mal funcionamiento. La CE puede dar información sobre el origen de una muestra de compost y si hay que tomar alguna precaución en el momento de su utilización (Gómez y Estrada 2005).

Es importante tener en cuenta este tipo de parámetros desde el punto de vista del proceso a lo largo del cual sufren variaciones. pH's ácidos indican condiciones anaerobias y pH muy altos están relacionados con el contenido en nitrógeno amoniacal y carbonatos solubles. La CE es elevada en general en materiales compostados, pero también valores excesivamente elevados pueden relacionarse con un mal control del proceso, con materiales contaminados o con riegos excesivos con lixiviados o con aguas salinas (Soliva y López 2004).

Relación Carbono Nitrógeno (C/N)

La relación C/N, es uno de los parámetros más utilizados para medir la calidad de un compost, sin embargo esta variable es afectada por el material original, por lo que se debe utilizar como parámetro junto con otras variables (Gómez y Estrada 2005, Soto y Meléndez 2004). El valor numérico de esta relación se halla al dividir el contenido en carbono por el contenido en nitrógeno orgánico (Soliva 2011).

Humedad

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Cuadro 1. Valores de parámetros físicos y físico-químicos, establecidos para medir la calidad del compost.

Tipo Parámetro Valor Límite o Rango

Físico

Olor (a;b) Olor a tierra de bosque

Color (a;c) Café a negro

Textura (b) Suelta y algo granulosa

Tamaño de partículas (c)  2 mm Físico – Químicos pH (a;d;f) 6,0 – 8,5

CE (e;g) < 10 mS/cm

Relación C:N (a;f)  20 - 40 Humedad (a;c;d;f) 35 – 45 %

Fuente: (a) Soto y Meléndez 2004, (b) Bueno 2010, c) Soliva y López 2004, (d) HKORC 2005, (e) WRAP

2011, (f) Moreno y Moral 2008, (g) Arrigoni 2011.

b. Parámetros de inocuidad

Elementos potencialmente tóxicos en el compost.

Existen parámetros que permiten determinar contaminantes o elementos potencialmente tóxicos en el compost como los metales pesados.

El contenido de metales es una de las mayores preocupaciones de los países

desarrollados, debido a que muchos compost se elaboran a partir de lodos

urbanos o biosólidos, que son originados en plantas de tratamiento de líquidos residuales domésticos; sin embargo estos lodos no son el enfoque de este trabajo.

Por otro lado el compost de residuos prioritariamente vegetales no presentan

riesgos tan altos de contaminación de este tipo (Soto y Meléndez 2004).

Los niveles permitidos por los diferentes países han sido modificados

frecuentemente, y pueden variar mucho de un país a otro, en el Cuadro 2, se

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Cuadro 2. Máximos contenidos de metales pesados permitidos en compost en la Unión Europea, Canadá, Reunido Unido y China, en mg/kg de materia seca.

Metal Unión

Europea (a)

Canadá (b) China (c) Reino Unido

(d)

Cadmio (Cd) 1,3 1 1 1,5

Cromo (Cr) 60 210 100 100

Cobre (Cu) 300 400 300 200

Mercurio (Hg) 0,45 0,8 1 1

Níquel (Ni) 40 62 50 50

Plomo (Pb) 130 150 100 200

Zinc (Zn) 600 700 600 400

Fuente: (a) ECN 2012, (b) CCME 2005, (c) HKORC 2005, (d) WRAP 2011.

Microorganismos patógenos en el compost

La actividad termófila máxima en el compost, no solo sirve para acelerar el proceso de fabricación de compost, sino que destruye a los patógenos presentes en el material composteado. Lo que resulta particularmente importante en el caso de los lodos y estiércoles (Coiné 2000, citado por Uribe 2003).

(45)

De acuerdo con Uribe (2003), teóricamente el proceso de compostaje puede eliminar la presencia de la bacteria indicadora de contaminación fecal Escherichia coli, debido a que su temperatura máxima de crecimiento es de 42ºC. La eliminación de patógenos se logra tras la exposición a temperaturas altas, de 50ºC durante 24 horas o 46ºC durante una semana (Palmisano et al. 1996, citado por Uribe 2003).

La presencia de patógenos es utilizada en los textos legislativos como medida de garantía higiénica y sanitaria para el uso del compost y en menor medida como chequeo de la eficiencia del proceso de compostaje (Gómez y Estrada 2005). La inocuidad de los compost se refiere a eliminar, en la medida de lo posible, el

riesgo a la salud humana causada por microorganismos patógenos,

principalmente causados por Salmonella spp. y Escherichia coli (Soto y Meléndez

2004).

Las normativas de calidad de composta han establecido límites de población de

microorganismo patógenos (Cuadro 3).

Cuadro 3. Contenido de microorganismos patógenos permitidos en compost. Patógeno Límite de población

Salmonella spp. < 3 NMP/g Escherichia Coli  1000 NMP/g

(46)

c. Parámetros de estabilidad y madurez

La madurez y estabilidad son también considerados parámetros de calidad del

compost. Aunque sean conceptualmente diferentes, ambos definen el grado de descomposición de la materia orgánica durante el proceso de compostaje (Gómez y Estrada 2005).

La madurez se refiere al grado de transformación del material y a la posible presencia de ciertas substancias fitotóxicas; la estabilidad está relacionada con la actividad biológica del compost y su transformación al ser aplicado al suelo; cuanto más estable sea y más tiempo permanezca un material orgánico en el suelo, más elevada se podrá considerar su capacidad de secuestro de carbono (Soliva 2011).

Uno de los indicadores de estabilidad más usado es el de respiración, el cual es una medida de la actividad microbiológica en el producto final. En materiales estableces, la actividad microbiana y las tasas de respiración son menores a 2 mg

CO2/gSVt. Si el material está todavía a medio descomponer, la actividad

(47)

Cuadro 4. Tabla de interpretación de la estabilidad de compost. Tasa de

respiración (mg

CO2/g SV t)

Estabilidad Características

<2 Muy estable Compost bien terminado. No continúa la descomposición. Sin producción de olor. Sin

potencial para fitotoxicidad.

2 - 8 Estable Compost terminado. Producción de olor poco probable. Limitado potencial de fitotoxicidad.

Impacto negativo mínimo sobre la dinámica

del C y N del suelo.

8-15 Moderadamente

estable

Compost sin terminar. Producción de olor

mínima. Potencial de fitotoxicidad. Impacto

negativo mínimo moderado sobre la dinámica

de C y N del suelo.

No recomendado para semilleros.

15-40 Inestable Compost sin terminar. Producción de olor. Alto potencial de fitotoxicidad. Alto potencial

de tener un impacto negativo sobre la

dinámica del C y N del suelo. No

recomendado para semilleros, uso posible

como mulch.

> 40 Material sin

esterilizar

Material extremadamente inestable.

Producción de olor esperada. Alto potencial

para fitotoxicidad. Impacto negativo esperado

sobre la dinámica de C y N del suelo. No

recomendado como compost.

(48)

En cuanto a los indicadores de madurez, el más sencillo y comúnmente usado es de germinación, que también se le conoce como prueba de fitotoxicidad. Esta prueba permite conocer el estado de madurez de un compost en donde el índice de germinación mínimo permitido es de 80% (HKORC 2005, WRAP 2011).

Por otro lado la germinación se evalúa, para determinar sí el compost puede resultar tóxico para las plantas, además permite establecer la dosis adecuada de compost, como fertilizante orgánico, que promueva mayor crecimiento vegetal y no generé fitotoxicidad, ya que además se mide la longitud y peso seco de la radícula (Uribe 2003).

De acuerdo con el porcentaje de germinación obtenido, el compost se califica tal

como se detalla en el Cuadro 5.

Cuadro 5. Nivel de toxicidad de un compost de acuerdo al porcentaje de germinación.

Germinación (%) Nivel de Toxicidad

85 – 100 No tóxico

70 – 85 Moderadamente tóxico

50 - 70 Tóxico

 50 Muy tóxico

Fuente: Uribe 2003.

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De acuerdo con Uribe (2003), existe una relación entre el porcentaje de germinación y la estabilidad del material, por lo que materiales más estables generalmente presentan mayores tasas de germinación, al estar la materia orgánica humificada. Mientras que los materiales inestables se encuentran en pleno proceso de descomposición en el que ocurre la liberación de sustancias potencialmente tóxicas a plantas, por lo que presentan menores tasas de germinación.

Cuadro 6. Porcentaje de germinación de diferentes abonos orgánicos. Tipo de abono Tasa de abono: suelo

25:75 50:50 75:25 100:0

Lombricompost 100 90 88 90

Compost 100 85 90 90

Bokashi 58 10 0 0

Fuente: Uribe 2003.

d. Calidad nutricional

El compost es uno de los productos universalmente reconocidos para su uso en agricultura y jardinería (Gómez y Estrada 2005). Como fertilizante, especialmente como fuente de nutrimentos de lenta liberación (Meléndez et al. 2003).

Es importante conocer qué nutrientes contiene el compost, si están equilibrados y si son o no fácilmente asimilables. En general no se dan como exigencia de calidad, sino que corresponden a las especificaciones que se facilitan a los usuarios de compost, para poder hacer un uso correcto del producto (Soliva 2011).

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micronutrientes, son necesarios en muy pequeñas cantidades, sin embargo, tanto unos como otros son esenciales para el buen desarrollo vegetal.

Los valores de referencia de los nutrientes de compost están dados principalmente

para los macronutrientes (Cuadro 7).

Cuadro 7.Valores de macronutrientes en compost maduro.

Nutriente Rango de valor aceptado (%)

Nitrógeno (N) 0,4 - 3,5

Carbono (C) 8 - 50

Fósforo (P) 0,3 - 3,5

Potasio (K) 0,5 - 1, 8

Calcio (Ca) 1,5 – 7

Magnesio (Mg) 0,5 – 1,5

Fuente: Altamirano y Cabrera 2006, FAO 2012.

e. Calidad microbiológica

El compost involucra un grupo muy diverso de microorganismos benéficos, debido a variación de condiciones del compostaje, existen una gran diversidad de microambientes y microorganismos asociados a ellos (Uribe 2003).

Los grupos más importantes de microorganismos presentes en un compost maduro se presentan en el Cuadro 8, además de los valores típicos de compost analizados en el CIA-UCR.

Cuadro 8. Valores típicos de microorganismos en diferentes tipos de abonos orgánicos.

Abono Orgánico Bacterias UFC/g

Actinomicetes UFC/g

Hongos UFC/g

Compost 23.000.000 990.000 14.000

Bokashi 26.786.000 2.679.000  1.000

Lombricompost 103.879.000 10.519.000 151.000

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CAPITULO 3. MARCO METODOLÓGICO 3.1. Tipo de investigación y ubicación

El presente estudio se realizó bajo la modalidad de investigación experimental.

La etapa de campo en donde se establecieron las unidades experimentales, se llevó a cabo en la finca del CNEAO-INA, ubicado en la Chinchilla de Cartago, con la colaboración de profesores y estudiantes de agricultura orgánica y abonos orgánicos de dicha institución.

Los análisis de laboratorio relacionados a aspectos microbiológicos de las muestras de compost resultado de las unidades experimentales se realizaron en el Laboratorio de Microbiología Agrícola del Centro de Investigación Agrícola de la Universidad de Costa Rica (LMA-CIA-UCR), con la guía y acompañamiento de la directora la Dra. Lidieth Uribe y personal del laboratorio. Los análisis relacionados a aspectos químicos fue realizado por el Laboratorio de Suelos y Foliares, del Centro de Investigaciones Agrícolas de la Universidad de Costa Rica (LSF-CIA-UCR).

3.2. Diseño del estudio

(52)

MM3 TA K A T3 M M T4 A BST 1 M M T 2 TA K A 3 MM2 TA K A 4 TA K A 2 MM1 TA K A T 4 A BST 4 TA K A T 2 MM4 A BST 3 TA K A T1 A BST 2 TA K A 1 M M T1 M M T3

Figura 1. Distribución aleatoria de las unidades experimentales.

a. La unidad experimental del estudio

La unidad experimental consistió en un recipiente plástico con orificios, que permite que el aire pase fácilmente desde todas las direcciones (para asegurar el proceso aeróbico); de una capacidad de 0,035 m3, donde se realizó el compostaje de los residuos orgánicos de origen domiciliario, con los tratamientos correspondientes.

b. Los tratamientos

Los métodos para el compostaje de residuos orgánicos domésticos comparados son el sustrato inoculado con Microorganismo de Montaña (MM), sustrato inoculado con Takakura (TAKA), tratamientos con sustratos de MM sin inoculación de microorganismos (MMT) y los sustratos de Takakura sin inoculación de microorganismos (TAKAT) además de un testigo absoluto, cuyos residuos no llevaban ningún tipo de sustrato ni inoculación microbial (Cuadro 9).

(53)

establecerse y multiplicarse de manera acelerada las unidades formadoras de colonias (UFC) de las múltiples especies de microorganismos saprofitos colectados (Pacheco 2009).

El método Takakura, es una técnica de conversión de los residuos orgánicos del hogar a abono orgánico, desarrollada por el Sr. Koji Takakura, Investigador del IGES en Indonesia; en donde los ROD, son sometidos al compostaje con medios de cultivo de microorganismos que se adaptan al suelo y se encuentran disponibles en el ambiente natural. Esta técnica se trata de utilizar microorganismos fermentativos que se pueden obtenerse a nivel local, como por ejemplo cáscaras de fruta, comida fermentada, salvado de arroz, cáscaras de arroz, estiércol, entre otros para el compostaje de residuos orgánicos ordinarios (IGES 2010).

Cuadro 9. Tratamientos del estudio. Tratamiento Descripción

MM Residuos orgánicos con sustrato MM inoculado con microorganismos de montaña.

MMT (Testigo) Residuos con sustrato MM sin inocular microorganismos, ni fermentar.

TAKA Residuos con inoculación de sustrato Takakura inoculado con microorganismos de sustancias fermentativas.

TAKAT (Testigo) Residuos con sustrato Takakura sin inocular microorganismos, ni fermentar.

ABST (Testigo absoluto)

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3.3. Participantes y su selección

Para la recolección de los residuos orgánicos domiciliarios, que se iban a someter a los tratamientos dentro del estudio, se contó con la colaboración de las familias de los estudiantes del CNEAO-INA. Las familias interesadas en participar en el estudio con el aporte de sus residuos llenaron una encuesta para obtener un perfil general de las familias y sus residuos, en el que además se les brindó las indicaciones para realizar de manera adecuada la selección y transporte de los residuos orgánicos desde su hogar hasta el CNEAO-INA (Anexo 1).

Por otro lado se realizó una capacitación a los estudiantes involucrados, en los dos métodos que se iban a comparar dentro del estudio (Figura 2).

(55)

3.3.1. Perfil de las familias que aportaron los residuos orgánicos

En el proceso de colecta de los residuos orgánicos domiciliaros, participaron un total de 20 familias (80 personas).

La mayoría de familias residen en Cartago y San José (50% y 40% respectivamente), y un menor porcentaje en Heredia (10%). El 60% de las familias participantes viven en comunidad rural, y poseen ingresos entre 250,000 colones a más de 500,000 colones. La mayoría de las familias estiman que la proporción de residuos orgánicos que generan superan el 50%.

(56)

3.4. Etapas del estudio

Para cumplir los tres objetivos planteados, se abordó la ejecución del estudio por medio de cuatro etapas. En la Figura 3, se puede observar el abordaje del estudio en las diferentes etapas por objetivo, actividades generales y la línea del tiempo para su ejecución.

Etapa 1. Perfil de familias y

preparación de sustratos microbiales Encuesta a familias participantes. Preparación de sustratos MM y TAKA

Preparación de sustratos testigos Preparación de compostadoras (unidades experimentales)

Muestreo de sustratos microbiales y residuos inicial para llevar al

laboratorio. Preparación de residuos orgánicos Inoculación de compostadora Aportes de Residuos Orgánicos y

Mediciones

Compostaje final y mediciones

Tabulación de datos colectados de las mediciones durante el proceso de compostaje y análisis

estadístico Etapa 2. Compostaje de Residuos Etapa 3. Medición de parámetros producto final Muestreo producto final (compost) para llevar al laboratorio.

Análisis de resultados de

laboratorio

Pruebas estadísticas

Etapa 4. Análisis de costos.

Discusión de resultados

final y conclusiones Determinación de costos de los

tratamientos

Comparación de costos

Presentación y defensa del trabajo final Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Etapas del Estudio

2013 2014

Objetivo 1 Objetivo 2 Objetivo 3

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