1
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE MICROBIOLOGIA
Y PARASITOLOGÍA
“
Producción y caracterización de compost de residuos sólidos
municipales biodegradables del distrito de Ciudad Eten, en
Lambayeque. Febrero a julio de 2011”
TESIS
PARA OPTAR TITULO PROFESIONAL DE LICENCIADO EN
BIOLOGIA MICROBIOLOGIA – PARASITOLOGIA
PRESENTADO POR:
Br. Rentería Risco Katia Maribel
Br. Zulueta Santa Cruz Enver
2
“
Producción y caracterización de compost de residuos
sólidos municipales biodegradables del distrito de
Ciudad Eten, en Lambayeque. Febrero a julio de 2011”
TESIS
PARA OPTAR TITULO PROFESIONAL DE LICENCIADO EN
BIOLOGIA MICROBIOLOGIA – PARASITOLOGIA
PRESENTADO POR:
Br. Rentería Risco Katia Maribel
Br. Zulueta Santa Cruz Enver
APROBADO POR:
………..………….
………
………..
……….
Dr. Eduardo Tejada Sánchez
Presidente de Jurado
Mg. Walter Díaz Pinillos
Miembro Secretario
Lic. Julio Silva Estela
Miembro Vocal
Dra. Carmen Carreño Farfán
3
DEDICATORIA
A mis padres cuyo amor viven en mí, y son mi soporte para
lograr mis metas, por acompañarme en cada momento de mi
existencia.
A mis hermanos(as) Carla, Karin, Jarol, Erick, y Taty parte
importante en mi vida, quienes confiaron en mí para alcanzar esta
etapa de mi vida. Gracias por su cariño y comprensión.
A todos mis incomparables compañeros de clase y amigos
que me regalaron inolvidables momentos durante mi vida
universitaria.
4
DEDICATORIA
A mis padres, Candy y Adolfo; quienes fueron clave importante para cumplir mis objetivos como persona y profesional, a través de sus consejos, enseñanzas y amor.
A mis hermanos Oscar Javier, Candy Alejandra y María Cecilia; por su apoyo y confianza, por estar siempre presentes, acompañándome para poderme realizar.
A todos mis amigos, que nos apoyamos en nuestra formación profesional y personal, y que aún seguimos siendo amigos, por todas las vivencias dadas que nos dejarán muchas enseñanzas y experiencias.
5
patrocinadora y amiga Dra. Carmen Carreño Farfán
por todo el valioso conocimiento que nos inculcó,
por cada minuto de atención, por su disposición y
paciencia, por cada duda resuelta. Gracias por
todo, por el apoyo incondicional.
A nuestros miembros de jurado Dr. Eduardo Tejada
Sánchez, Msc. Walter Díaz pinillos y Lic. Julio Silva Estela, por sus
valiosas recomendaciones y tiempo dedicado a la revisión de
esta tesis.
A nuestra facultad y todos sus docentes por
habernos acogido durante nuestra vida universitaria
y brindarnos todos los conocimientos y la
información que nos servirán para afrontar nuestras
vidas.
A todos nuestros amigos(as) del laboratorio de
biotecnología microbiana que de una u otra forma contribuyeron
con nosotros. Fue un privilegio trabajar con ustedes.
A todos nuestros amigos de clase, por
brindarnos su amistad, no nombramos a ninguno
por temor a olvidarnos de alguno, todos muy
importantes para nosotros.
6
AGRADECIMIENTO
Un agradecimiento especial a la asociación civil sin fines de lucro:
“Compromiso
por la mujer, CPM”
, de Lambayeque, que es una organización comprometida con el
bienestar de las personas, especialmente del sexo femenino, promoviendo la equidad y
prosperidad, con desarrollo sostenible
,
y que hizo posible este trabajo de tesis, a través de
la financiación, información y prestación de sus instalaciones. Agradecemos también a
todos sus trabajadores que nos dieron su apoyo durante el desarrollo de esta
investigación y que sin ellos, sin duda no se hubiese podido realizar. A todos, miles de
Gracias, por haber confiado en nosotros, y esperamos no haberles defraudado.
7
CONTENIDO
Pág.
RESUMEN………...………...1
I. INTRODUCCIÓN………..…2
II. ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOS………...………...4
2.1 Residuos sólidos………4
2.2 Compostaje……….…….…6
2.3 El cultivo de Raphanus sativus L. (rabanito)……….……….……….10
III. MATERIALES Y MÉTODOS………..….…….……….…..…….…….12
3.1 Ubicación de lugar de compostaje………..………….…….12
3.2 Población y muestra de estudio……….….………...12
3.3 Material biológico……….….………….…….12
3.4 Métodos ……….………….………….….15
3.4.1 Diseño metodológico de la investigación……….….……..……15
3.4.2 Tratamiento de la materia prima……….………..……15
3.4.3 Armado del camellón de compostaje………..……15
3.4.4 Volteos del camellón de compostaje……….…….20
3.4.5 Tamizado………...32
3.4.6 Monitorización del proceso de compostaje………..…………...32
3.4.7 Rendimiento y caracterización del compost de residuos sólidos municipales biodegradables de Ciudad Eten……….36
8
IV. RESULTADOS………....…...42
4.1 Cinética de las características físicas, químicas y biológicas en el proceso de compostaje……….….42
4.1.1 Variaciones de la temperatura, estructura, humedad y pH……….…..…….42
4.1.2 Variaciones de la población de microorganismos………..………45
4.1.3 Variaciones en las características químicas………52
4.2 Rendimiento y características físico – químicas y microbiológicas del compost………...……..59
4.3 Efectividad agronómica del compost………..……...59
V. DISCUSIÓN………..…….63
5.1 Cinética de las características físicas, químicas y biológicas en el proceso de compostaje……….63
5.2 Rendimiento y características físico – químicas y biológicas del compost……….…..70
5.3 Efectividad agronómica del compost………..….…..71
VI. CONCLUSIONES………...………….73
VII. RECOMENDACIONES………....74
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……….….75
9
ÍNDICE DE TABLAS
Págs.
Tabla No 1.
Análisis físico – químico de la mezcla de residuos sólidos municipales biodegradables en la producción de compost en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero, 2011……….43
Tabla No 2.
Unidades formadoras de colonias de microorganismos aerobios mesófilos, termófilos, actinomicetos y hongos filamentosos por gramo de residuo sólido municipal biodegradable, al inicio del compostaje en Ciudad Eten, 2011………...48
Tabla No 3.
Unidades formadoras de colonias de microorganismos aerobios mesófilos, termófilos, actinomicetos y hongos filamentosos por gramo de material durante el proceso de compostaje en Ciudad Eten, 2011………...49
Tabla N
o 4.Análisis físico-químico y biológico del compost de residuos sólidos municipales en Ciudad Eten, Lambayeque, Julio de 2011………..60
Tabla No 5.
Porcentaje (%) de incremento en la emergencia y peso de la biomasa aérea y radicular de
10
Residuos de cocina extendidos en el suelo………..16
Figura 4.
Residuos de descarte distribuidos en la cama compostera………..21
Figura 8.
Distribución de residuos de cocina en la cama compostera……….22
Figura 9.
Distribución de estiércol en la cama compostera………...23
Figura 10.
Distribución de sangre fresca en la cama compostera……….24
11
Distribución de papel y cartón en la cama compostera………..25
Figura 12.
Riego de la capa de estiércol en la cama compostera………..26
Figura 13.
Determinación de la humedad con el termohigrómetro digital en el camellón de compostaje………27
Figura 14.
Camellón de compostaje………..28
Figura 15.
Perforaciones en el camellón de compostaje para asegurar la aireación………..29
Figura 16.
Volteo del camellón de compostaje para permitir la aireación……….30
Figura 17.
Diagrama de flujo del proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables de Ciudad Eten………..31
Figura 18.
Tamizado del material compostado………..33
Figura 19.
Material compostado y tamizado………..34
Figura 20.
Determinación de la temperatura en el camellón de compostaje………...35
Figura 21.
Macetas con suelo agrícola para determinar el efecto del compost de residuos sólidos biodegradables en
Raphanus sativus L. “rabanito”………...38
Figura 22.
Plántulas de Raphanus sativus L. “rabanito” emergidas con y sin compost de residuos sólidos biodegradables. Julio, 2011……….39
12
Pesado de la parte aérea de las plantas de Raphanus sativus L. “rabanito”……….40
Figura 24.
Pesado de las raíces de Raphanus sativus L. “rabanito”,………41
Figura 25.
Variaciones de la temperatura (°C) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..44
Figura 26.
Etapas térmicas durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011……….44
Figura 27.
Variaciones de la estructura durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..46
Figura 28.
Variación de la humedad (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..46
Figura 29.
Variación del pH durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011……….47
Figura 30.
Variaciones de poblaciones (UFC/g) de heterótrofos aerobios mesófilos durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..50
Figura 31.
Variaciones de poblaciones (UFC/g) de hongos filamentosos durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011……….50
Figura 32.
Variaciones de poblaciones (UFC/g) de heterótrofos aerobios termófilos durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..51
13
Variaciones de poblaciones (UFC/g) de actinomicetos durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………51
Figura 34.
Variación de la materia orgánica (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..53
Figura 35.
Variación del nitrógeno (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..53
Figura 36.
Variación del carbono (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..54
Figura 37.
Variación del fósforo (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011……….54
Figura 38.
Variación de la relación C/N durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..55
Figura 39.
Variación de la materia seca (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..55
Figura 40.
Variación de las cenizas (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………..56
Figura 41.
Variación del potasio (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011……….56
Figura 42.
Variación del calcio (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011……….57
Figura 43.
14 Figura 44.
Variación de la conductividad eléctrica (dS/m) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011………58
Figura 45.
Biomasa radicular de Raphanus sativus L. “rabanito” por efecto del compost de residuos sólidos municipales en Ciudad Eten, julio, 2011………..62
Figura 46.
15 RESUMEN
16
I. INTRODUCCION
En el Perú se generan en promedio 17 200,5 toneladas diarias de residuos sólidos y solo el 31 % es dispuesto en rellenos sanitarios. El 14,7 % se recupera o se recicla de manera formal o informal y por consiguiente el 54,3 % es destinado a lugares inadecuados, causando un significativo deterioro del ambiente y la salud humana. Se ha determinado que 60 % de los residuos sólidos es materia orgánica (Ministerio del Ambiente, 2010), incluyendo los residuos sólidos municipales biodegradables, que son objeto de la máxima atención, debido al efecto que su eliminación incorrecta puede generar en los seres vivos y en el abastecimiento de aguas superficiales y subterráneas. En los depósitos incontrolados o botaderos, estos residuos fermentan y producen olores no deseables, así como también favorecen la existencia de roedores e insectos portadores de microorganismos causantes de enfermedades.
17
rendimientos de los cultivos, con la ventaja que se consume 30 % menos de energía, se disminuye la erosión y se mejora la calidad físico – química y microbiológica de los suelos agrícolas.
La asociación civil sin fines de lucro: “Compromiso por la mujer, CPM”, de Lambayeque, es una organización comprometida con el bienestar de las personas, especialmente del sexo femenino, promoviendo la equidad y prosperidad, con desarrollo sostenible. En Ciudad Eten, la elaboración de compost con residuos sólidos municipales biodegradables, forma parte de su línea estratégica en sostenibilidad ambiental, por lo que la monitorización del proceso, así como la determinación de las características del producto obtenido, permitirá validar científicamente su metodología.
18
II. ANTECEDENTES
2.1 Residuos sólidos
19
El 28 de junio de 2008 se publicó en el diario oficial “El Peruano” el Decreto Legislativo N° 1065, que modifica la Ley General de Residuos Sólidos (N° 27314) en los artículos 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 16, 19, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 44, 48, 49 y 50. Según la modificación, la Ley General de Residuos Sólidos se enmarca dentro de la política Nacional del Ambiente y los principios establecidos en la Ley N° 28611, Ley General del Ambiente. Asimismo, con la creación del Ministerio del Ambiente (MINAM) se ha reemplazado al Consejo Nacional del Ambiente (CONAM), manteniendo las competencias que la ley señalaba y agregando una nueva que es la de aprobar la política nacional de Residuos Sólidos. La gestión y el manejo de los Residuos Sólidos son normados, evaluados, fiscalizados y sancionados por los ministerios u organismos reguladores o de fiscalización correspondientes, sin perjuicio de la funciones técnico – normativas y de vigilancia que ejerce la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA) del Ministerio de Salud y las funciones que ejerce el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental del Ministerio del Ambiente. Por tanto, los residuos sólidos son competencia de la autoridad de Salud, Ministerio de Salud a través de DIGESA, Ministerio de Transporte y Comunicaciones, Gobiernos Regionales y Municipalidades. Estas últimas son responsables por la gestión de los residuos sólidos de origen domiciliario, comercial y de aquellas actividades que generan residuos similares a éstos en todo el ámbito de su jurisdicción (DL N° 1065).
20
fermentables (materia orgánica putrescible) y combustibles como plásticos, madera (Muñoz, 1991).
Entre los residuos sólidos se distinguen los generados por la actividad humana o residuos urbanos y los producidos por la actividad industrial denominados residuos industriales (Sans y Ribas, 1999). Los residuos sólidos domésticos son aquellos producidos en las casas e instituciones y están constituidos por vidrio, metal, papel y materia orgánica. Aunque las tendencias para su tratamiento han cambiado y se ha registrado un incremento en el reciclaje e incineración, la mayor parte del resido doméstico se deposita en los vertederos, donde el material orgánico es degradado muy lentamente por falta de agua y nutrientes en el sistema (Scragg, 1999).
En condiciones de calor y humedad, los residuos sólidos orgánicos son ideales para la multiplicación de organismos causantes de enfermedades. La disposición inadecuada de estos residuos crea condiciones para la proliferación masiva de vectores que se comportan como vehículos de agentes productores de enfermedades en el ser humano. Los principales vectores relacionados con los residuos son los insectos como moscas, escarabajos y pulgas además de ratas, ratones, gaviotas, cuervos, palomas, gallinas y animales domésticos como perros, gatos y cerdos (Comando, 2006).
2.2 Compostaje
El proceso de compostaje es definido como una oxidación biológica que ocurre bajo condiciones controladas de humedad, temperatura y aireación y donde los microorganismos (bacterias, hongos y actinomicetos) utilizan el carbono y el nitrógeno disponibles en los residuos orgánicos liberando energía por la actividad metabólica y formando agua, anhídrido carbónico y sales minerales. El proceso de compostaje se
divide en cuatro fases, de acuerdo a los cambios de temperatura: fase mesófila (10 – 40 °C), fase termófila (40 – 60 °C), fase de enfriamiento y finalmente fase de
maduración o estabilización a temperatura de ambiente (Avendaño, 2003; Samamé, 2009; Sandoval, 2010).
21
con la única condición que los residuos tratados sean de tipo orgánico, biodegradable y no tóxico (Sans y Ribas, 1999).
El compost se presenta como una solución técnica para tratar los residuos orgánicos, permitiendo su reutilización como fertilizantes. Desde el punto de vista ambiental evita la extracción de tierra de hoja de las laderas cordilleranas y a su vez alarga la vida útil de los vertederos, y desde el punto de vista económico disminuye gastos de las municipalidades en fertilizantes y en la disposición final de los residuos. Por lo tanto, el compost podría contribuir a vivir en ciudades sustentables, reutilizando los residuos y fertilizando ecológicamente los cultivos (Córdova, 2006). La elaboración manual de compost constituye una tecnología apropiada para los países en vías de desarrollo, donde la mano de obra es relativamente barata y la tecnología sofisticada es costosa y en muchos casos difícil de manejar (Altamirano y Cabrera, 2006).
Para obtener un buen compost se deben utilizar residuos de origen animal y vegetal (Ríos et al., 1993; Klein, 1994). Con guanos ricos en proteína, como el de gallináceas, cerdos, conejos, la proporción en peso seco debe ser de 50 % de estiércol y 50 % de desechos vegetales (1:1). Para estiércol pobre en proteína (vacunos, equinos), la proporción 2:1 debe ser de 70 % de guano y 30 % de desechos vegetales (Ríos et al., 1993). Por su parte, se determinó el efecto de distintas combinaciones porcentuales de desechos orgánicos vegetales y animales así como diferentes frecuencias de aireación sobre el tiempo de maduración y concentración de nutrientes del compost y se concluyó que para obtener compost en menos tiempo (28 días) se debe mezclar 75 % de desechos vegetales y 25 % de desechos animales con un intervalo de aireación de 4 días. Asimismo se determinó que a mayor proporción de materia orgánica animal mayor es la concentración de nitrógeno mineral pero es menor la concentración de fósforo y potasio. Por el contrario, la frecuencia de aireación está en relación directa con el contenido de fósforo y potasio pero está en relación inversa con la concentración de nitrógeno (Sánchez, 1999).
22
semejantes con o sin fosfobayóvar alcanzando un promedio de 2,11 x 106 bacterias y 7,61 x 106 hongos por gramo de fosfocompost (Klein, 1994).
Se determinó el efecto de la adición de bagazo de caña, melaza y harina de arroz en el compostaje de heno de Panicum maximum “pasto Guinea” y estiércol de pollo en la
proporción 10:4 y se observó que todos los tratamientos de compost con bagazo de caña presentaron una buena estructura (material con tendencia a ser pegajoso donde no se dificulta su mezcla) desde el primer volteo (18 días), en contraste con el tratamiento control, donde la buena estructura fue adquirida a partir del cuarto volteo (34 días). Asimismo, en la estimación visual, como una medida indirecta para conocer la calidad del compost, el desarrollo de actinomicetos fue mayor en los tratamientos con bagazo, incluyendo porcentajes de colonización de hasta 100 %, en contraste con el control donde llegó a 60 %; sin embargo, los diferentes tipos de compost no mostraron diferencias en cuanto al análisis proximal al final de la fermentación alcanzando 71% de humedad; 1 % de cenizas; 3,1 % de proteína; 10,6 % de grasa; 0,03 % a 0,1 % de materia seca; 28 % de materia orgánica y 24 % de carbohidratos totales (Difiore y Albarracín, 1998).
Se evaluó la calidad del compost producido con tres formulaciones distintas de residuos agroindustriales azucareros (formulación 1: 25 % de bagazo, 50 % de cachaza, 25 % de ceniza; formulación 2: 40 % de bagazo, 30 % de cachaza, 30 % de ceniza; formulación 3: 50 % de bagazo, 25 % de cachaza, 25 % de ceniza), alcanzándose los mayores valores en materia orgánica, mayor estabilidad en cuanto al contenido de micro y macronutrientes y mayor número de microorganismos con una mezcla bagazo, cachaza, ceniza de 50: 25: 25 (Gordillo y Chávez, 2010).
En Córdoba, una ciudad española poco industrializada se investigó el proceso de compostaje mediante pilas volteadas a escala industrial durante 3 años. Se trabajó con residuos sólidos urbanos en una pila de compost con 20 toneladas de peso, que periódicamente fue volteada y humedecida en caso necesario durante 140 días, hasta garantizar su estabilidad biológica. Las características del material fresco (RSU) fueron
pH 6,1; CE= 8,0 dSm-1; 58 % de materia orgánica; 2,4 % de nitrógeno; 14,1 relación carbono: nitrógeno y 0,5 % de fósforo (P2O5). A su vez, las características del compost
refinado fueron: pH 8,1 – 8,4; CE= 11,4 – 19,7 dSm-1 con 33 – 39 % de materia orgánica;
23
rendimientos frente al control, posiblemente por su elevada conductividad eléctrica, que afectó negativamente el desarrollo de los cultivos (Rosal et al., 2007).
Se investigó el efecto de la adición de compost de residuos sólidos urbanos (RSU) sobre los niveles de macronutrientes, micronutrientes y metales pesados en diferentes suelos de cultivo mayoritariamente de maíz forrajero. Según los resultados, los contenidos de P, K, Ca y Mg no presentaron diferencias significativas entre tratamientos (con y sin compost), no obstante, se alcanzaron mayores valores en P, K, y Ca en las parcelas aplicadas (en micromoles: 0,36 P; 2,33 K; 0,86 Ca; 0,98 Mg frente a 0,32 P; 2,28 K; 0,80 Ca; 1,10 Mg). Asimismo no se observaron diferencias significativas en los micronutrientes; sin embargo, se alcanzaron los mayores valores en Fe. Cu. Mn y Zn en las parcelas no aplicadas (en micromoles: 44094 Fe; 67 Cu; 1100 Mn; 156 Zn, frente a 42474 Fe; 65 Cu; 1049 Mn; 151 Zn). Por su parte, en el contenido de metales pesados Cr, Ni y Pb no se observaron diferencias significativas entre tratamientos (Roca et al., 2005).
Con el objetivo de acelerar el proceso de compostaje de residuos sólidos urbanos, se inocularon pilas de material con una mezcla de microorganismos endógenos identificados como Bacillus subtillis, Pseudomonas fluorescens y Aspergillus fumigatus. Se obtuvo un inóculo con una concentración de 1 x 107 UFC/mL por cada microorganismo y se aplicaron 2 L/m3 por aspersión. Según los resultados, en el aspecto físico, temperatura, humedad, pH, relación carbono: nitrógeno, materia orgánica, conductividad eléctrica y capacidad de intercambio catiónico (CIC), las pilas inoculadas alcanzaron estabilidad y madurez 4 semanas antes de la pila control. En cuanto a la CIC, las pilas inoculadas presentaron un valor de 86,6 cmol (+) kg-1 frente a 57 cmol (+) kg-1 de las pilas testigo, superioridad que es beneficiosa puesto que a mayor CIC mayor potencialidad de retención de nutrientes y mayor capacidad buffer y de retención de sustancias fitotóxicas (Cariello et al., 2007).
24
distinción entre ambas categorías se hace con base el contenido de metales, estableciéndose dos categorías de compost, cuyos límites de cadmio, cobre, cromo, níquel, plomo y zinc son respectivamente 0,7; 100; 100; 50; 100 y 200 mg/kg para compost de primera categoría. Por su parte, el Real Decreto Español 824/2003 establece tres clases de calidad de compost, cuyos límites en el contenido de los metales pesados son respectivamente 0,7; 70; 70; 25; 45 y 200 para el compost A; 2; 300; 250; 90; 150 y 1500 para el compost B; 3; 400; 300; 100; 250 y 100 para el compost C (Rosal et al., 2007).
2.3 El cultivo de Raphanus sativus L. (rabanito)
25
suelo agrícola, a razón de 12 kg/ha (con promedio de 80 – 120 semillas por gramo). Se recomienda sembrar dos hileras de plantas por surco, con un distanciamiento de 0,5 – 0,6 m entre surcos y de 0,05 m entre planta y planta (Ugás et al., 2000).
Un rendimiento óptimo (aproximadamente 20 000 atados/ha) se logra empleando suelos sueltos, ricos en materia orgánica, con bajos niveles de salinidad y ligeramente ácidos (pH de 5,5 – 6,8). También se debe considerar la aplicación de materia orgánica a la preparación del terreno, no siendo necesario fertilizar si el cultivo anterior ha recibido una buena fertilización. Durante el cultivo se deben realizar riegos frecuentes y ligeros, evitando golpes de agua. La cosecha con duración de 7 días, se realiza 20 días después de la siembra. En el 2008 en la región Lambayeque, la producción total alcanzó 29 toneladas métricas, y a nivel nacional se registró una producción de 18 031 toneladas métricas (Ugás et al., 2000; MINAG, 2008).
26
III. MATERIALES Y METODOS
3.1 Ubicación del lugar de compostaje
La presente investigación se realizó en la región Lambayeque (Figura 1), en las composteras del Centro de Acopio Municipal (Figura 2), del distrito Ciudad Eten, cuyas coordenadas geográficas son 6°54´07" latitud sur, 79°54´02" longitud oeste, a 0 msnm; y en el Laboratorio de Microbiología y Parasitología de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo, en la provincia de Lambayeque.
3.2 Población y muestra de estudio
La población estuvo constituida por los residuos sólidos municipales generados en el distrito Ciudad Eten, región Lambayeque y se consideró como muestra los residuos recolectados durante los meses de enero a febrero de 2011.
3.3 Material biológico
27 Figura 1. Ubicación del Centro de Acopio Municipal (CAM), distrito Ciudad Eten, región
28 Figura 2. Centro de Acopio Municipal (CAM), Distrito de Ciudad Eten, región
29 3.4 Métodos
3.4.1 Diseño metodológico de la investigación
Se realizó una investigación descriptiva, utilizando un diseño no experimental Transeccional (Hernández et al., 2003).
3.4.2 Tratamiento de la materia prima
La materia prima o residuos sólidos para la producción de compost, fue recolectada en los domicilios de Ciudad Eten y fue llevada a las instalaciones del Centro de Acopio Municipal, donde se realizó la segregación en residuos de cocina, papel y cartón y otros materiales reciclables. También se recolectaron estiércol de vacuno y animales domésticos (cuyes y conejos) proveniente de establos y crianza casera, aserrín de las carpinterías y sangre fresca de animales sacrificados en el camal de la ciudad.
Los residuos de cocina fueron extendidos sobre el suelo, en la periferia de un círculo de 6 m de diámetro (Figura 3) y el estiércol de animales fue apilado (Figura 4); ambos fueron deshidratados a temperatura ambiente durante 1 semana y 1 – 1,5 meses respectivamente. A su vez, el papel y cartón fueron cortados en fragmentos de 10 a 20 cm (Figura 5). Para una cama compostera se utilizaron 2119 kg de residuos de cocina deshidratados; 884,5 kg de estiércol; 39,1 kg de sangre fresca; 22,1 kg de papel y cartón y 77,4 kg de aserrín, totalizando 3142 kg de materia orgánica.
3.4.3 Armado del camellón de compostaje
33
1,00 m
Figura 6. Características de cama compostera en las instalaciones del Centro de Acopio34
Sobre la cama compostera se colocó una geomembrana negra y sobre ésta un tubo de plástico de 0,05 m de diámetro, con perforaciones de 0,02 m de diámetro, realizadas con una broca. A continuación se depositó una capa de piedra chancada de
3/
4 para rellenar la pendiente y quedar a nivel del suelo.
Para iniciar el proceso de compostaje, sobre la cama compostera se depositó una capa (0,02 m) de residuos de descarte, provenientes del tamizado de compost (Figura 7). A continuación, los residuos orgánicos fueron distribuidos (Figuras 8, 9, 10, 11), a lo largo de la cama compostera en un total de diez capas en el siguiente orden:
a. Residuos de cocina en una capa de 0,10 m. b. Estiércol (0,04 m).
c. Sangre fresca.
d. Papel y cartón fragmentado (0,05 m). e. Residuos de cocina (0,10 m).
Una vez depositada la primera capa de estiércol, así como todas las otras capas, se humedeció el material con agua de caño (Figura 12) hasta alcanzar aproximadamente 70 % de humedad, determinada con un termohigrómetro digital (Figura 13). Una vez armado el camellón (Figura 14), con una altura aproximada de 1 m, en toda su longitud a ambos lados se realizaron perforaciones de 0,10 m de diámetro, hasta alcanzar el centro del camellón, para asegurar la aireación (Figura 15).
3.4.4 Volteos del camellón de compostaje
41 Figura 13. Determinación de la humedad con el termohigrómetro digital en el
42
43 Figura 15. Perforaciones en el camellón de compostaje para asegurar la
45 Figura 17. Diagrama de flujo del proceso de compostaje de residuos sólidos municipales
biodegradables de Ciudad Eten.
Día 7: Primer volteo y riego Días 8 al 13: Reposo
Día 14: segundo volteo y riego
Día 28: cuarto volteo y riego
Día 35: Quinto volteo y riego
Día 42: Sexto volteo y riego
Día 49: Séptimo volteo y riego
Días 57 a 62: Reposo
Días 64 a 69: Reposo
Días 71 a 76: Reposo
Días 78 a 83: Reposo
Día 21: tercer volteo y riego Días 15 al 20: Reposo
Día 56: Octavo volteo y riego
Día 63: Noveno volteo y riego
Día 70: Décimo volteo y riego
Día 77: Onceavo volteo
Día 84: Tamizado del compost Día 1: Armado de la cama
46 3.4.5 Tamizado
Pasados los 84 días, el material compostado fue tamizado (Figura 18), a través de una malla de 0,005 m de diámetro y el compost obtenido (Figura 19), fue depositado en sacos.
3.4.6 Monitorización del proceso de compostaje
Al inicio del proceso de compostaje y antes de cada uno de los 11 volteos, en el camellón se determinaron la temperatura y la estructura del material. También se tomaron muestras del material en compostaje para realizar el análisis microbiológico cuantificando los microorganismos heterótrofos aerobios mesófilos y termófilos, así como actinomicetos y hongos filamentosos. Asimismo, antes del primer, quinto y noveno volteo, se realizó el análisis físico – químico de muestras del material en compostaje.
a. Temperatura
La temperatura se midió en tres puntos de la parte media del camellón de compostaje (Figura 20), utilizando un termómetro convencional de mercurio “Giardino Italy”, con un rango de temperatura entre 0 a 100 °C. Con los valores obtenidos se calculó el promedio.
b. Muestreo y determinación de estructura
Antes de cada volteo, en la parte media del camellón se realizó un corte, retirando seis submuestras de 100 g cada una, en dos series. El material fue depositado en bolsas plásticas de primer uso, donde fueron mezcladas para conformar dos muestras compuestas. De una de ellas se tomaron 10 g para determinar la estructura del material de compostaje, siguiendo la metodología descrita por Difiore y Albarracín,1998 (Anexo 1).
c. Análisis microbiológico
50
de 10 g para cuantificar microorganismos heterótrofos aerobios mesófilos, termófilos, actinomicetos y hongos filamentosos utilizando la metodología descrita por Polanco y Sánchez, 2004 (Anexos 2 y 3).
d. Análisis físico – químico
La segunda muestra de material compostado fue enviada al laboratorio de suelos del Instituto Nacional de Investigación Agraria (INIA), Estación Experimental Vista Florida, Chiclayo, para determinar el pH, conductividad eléctrica (dS/m), porcentajes de materia orgánica, nitrógeno total, fósforo (P2O5), potasio (K2O), calcio (CaO), magnesio
(MgO), humedad, materia seca, cenizas, y relación carbono – nitrógeno (C/N).
3.4.7 Rendimiento y caracterización del compost de residuos sólidos municipales
biodegradables de Ciudad Eten
Finalizado el proceso de compostaje, se pesó el producto obtenido y se calculó el rendimiento con base al proceso total de los residuos sólidos compostados. Asimismo, se determinaron las características físicas, químicas y microbiológicas del producto obtenido y el efecto de su aplicación en la emergencia y peso de la biomasa de
Raphanus sativus L. “rabanito”.
a. Caracterización físico – química y microbiológica del compost
Para determinar las características físico – químicas y microbiológicas del compost de residuos sólidos municipales biodegradables obtenido se siguió la metodología explicada en los ítems 3.4.6 d y c.
b. Bioensayo para determinar la efectividad agronómica
51
como un contenido medio de potasio (7,10 ppm). Después de la caracterización, el suelo se tamizó (malla de 1 mm), y se distribuyó a 12 macetas de 2,5 kg de capacidad (Figura 21), a razón de 2 kg por maceta.
Las macetas se ordenaron en dos grupos: experimental y control, cada uno con seis unidades. En el grupo experimental se aplicó el compost obtenido, en la cantidad de 30 g por maceta (15 tha-1) y se mezcló uniformemente con el suelo agrícola. A continuación, en cada maceta de ambos grupos se siembran 16 semillas de rabanito variedad Crimson Gient, con 95 % de germinación y se realizaron riegos de acuerdo al requerimiento del cultivo. Después de 10 días, se contaron las plantas emergidas por maceta y a los 40 días (Figura 22) se realizó la cosecha, determinando el peso de la biomasa fresca aérea (Figura 23) y radicular (Figura 24).
3.5 Análisis de los datos
52 Figura 21. Macetas con suelo agrícola para determinar el efecto del compost de residuos
53 Figura 22. Plántulas de Raphanus sativus L. “rabanito” emergidas con y sin compost de
56
IV. RESULTADOS
4.1 Cinética de las características físicas, químicas y biológicas en el proceso de
compostaje
Al inicio del proceso de compostaje (Tabla 1) la mezcla de residuos sólidos municipales biodegradables presentó un pH de 7,60; una conductividad eléctrica de 34,77 dS/m; 50,72 % de materia orgánica; 1,58 % de nitrógeno; 0,74 % de fosforo; 0,68 % de potasio, 1,28 % de calcio; 0,60% de magnesio; 60,30 % de materia seca; 39,70 % de humedad; 8,15 % de cenizas; 29,42 % de carbono y una relación C/N de 18,62.
4.1.1 Variaciones de la temperatura, estructura, humedad y pH
58 Figura 25. Variaciones de la temperatura (°C) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
Figura 26. Etapas térmicas durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
59
En lo que se refiere a la estructura, de acuerdo a la escala de 1 a 4, el proceso de compostaje se inició con un material de mala estructura con gran dificultad para la mezcla, catalogado en la escala 4 y finalizó con un material de excelente estructura, suelto y fácilmente mezclado catalogado en la escala 1 (Figura 27).
En cuanto a la humedad (Figura 28), antes del primer volteo (7 días) el valor fue de 39,7 %; incrementándose hasta 50,04 % después del quinto volteo (35 días); disminuyendo hasta 48,76 % después del noveno volteo (56 días) y estabilizándose en 29,36 % al final del proceso (84 días). Respecto al pH (Figura 29), el valor inicial fue de 7,6; se incrementó hasta 9 después del quinto y noveno volteo y se estabilizó en 8,6 a los 84 días.
4.1.2 Variaciones de la población de microorganismos
Al inicio del proceso de compostaje, los residuos sólidos municipales biodegradables de Ciudad Eten presentaron microorganismos cuyo número osciló entre 8,0 x 10 UFC de hongos filamentosos/ gramo de estiércol y 1,36 x 107 UFC de heterótrofos aerobios mesófilos/ gramos de sangre fresca (Tabla 2). Los mayores valores en el número de UFC/g de heterótrofos aerobios mesófilos y termófilos se observaron en la sangre fresca (1,36 x 107 y 6,25 x 108, respectivamente) y en actinomicetos y hongos filamentosos los mayores valores se observaron en aserrín (1,13 x 107 y 1,03 x 107, respectivamente).
60 Figura 27. Variaciones de la estructura durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
Figura 28. Variación de la humedad (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
61 Figura 29. Variación del pH durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5
7 35 63 84
pH
62
Tabla 2.
Unidades formadoras de colonias de microorganismos aerobios
mesófilos, termófilos, actinomicetos y hongos filamentosos por gramo de
residuo sólido municipal biodegradable, al inicio del compostaje en
Ciudad Eten, 2011
Residuos sólidos
UFC/g de material en compostaje*
Mesófilos Termófilos Actinomicetos Hongos
63
Tabla 3.
Unidades formadoras de colonias de microorganismos aerobios
mesófilos, termófilos, actinomicetos y hongos filamentosos por gramo de
material durante el proceso de compostaje en Ciudad Eten, 2011
Días Volteos UFC/g de material en compostaje*
Mesófilos Termófilos Actinomicetos Hongos
64
Figura 30.
Variaciones de poblaciones (UFC/g) de heterótrofos aerobios mesófilos
durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales
biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a
julio de 2011.
65
Figura 32.
Variaciones de poblaciones (UFC/g) de heterótrofos aerobios termófilos
durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales
biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a
julio de 2011.
66 4.1.3 Variaciones en las características químicas
67 Figura 34. Variación de la materia orgánica (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
Figura 35. Variación del nitrógeno (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
68 Figura 36. Variación del carbono (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
Figura 37. Variación del fósforo (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
69 Figura 38. Variación de la relación C/N durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
Figura 39. Variación de la materia seca (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
70 Figura 40. Variación de las cenizas (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
Figura 41. Variación del potasio (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
71 Figura 42. Variación del calcio (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
Figura 43. Variación del magnesio (%) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
72 Figura 44. Variación de la conductividad eléctrica (dS/m) durante el proceso de compostaje de residuos sólidos municipales biodegradables en el distrito de Ciudad Eten, Lambayeque. Febrero a julio de 2011.
73 4.2 Rendimiento y características físico – químicas y microbiológicas del compost
En el proceso de compostaje a partir de 3142 kg de residuos sólidos municipales biodegradables de Ciudad Eten se obtuvo 1046 kg de compost, que correspondió a 33,29 % de rendimiento. En cuanto a los valores obtenidos en el análisis físico – químico y microbiológico del compost de residuos sólidos municipales biodegradables se determinó un tamaño de partícula de 2 a 3 mm; textura suelta; color marrón oscuro; pH 8,60; 48,40 % de materia orgánica; 1,70 % de nitrógeno; 1,07 % de fósforo; 0,70 % de potasio; 1,12 % de calcio; 0,47 % de magnesio, 70,64 % de materia seca; 29,36 % de humedad; 9,54 % de cenizas; 26,89 % de carbono y una relación C/N de 15,82 % (Tabla 4).
4.3 Efectividad agronómica del compost
74 Tabla 4. Análisis físico-químico y biológico del compost de residuos sólidos municipales en Ciudad Eten, Lambayeque, Julio de 2011
1
Consejo Nacional del ambiente 2Norma técnica estatal ambiental 3Instituto colombiano de normas técnicas y certificación NTC 5167 4Norma chilena 2880
Características Unidad Compost
75 Tabla 5.
Porcentaje (%) de incremento en la emergencia y peso de la biomasa
aérea y radicular de
Raphanus sativus
L. “rabanito” por efecto del
compost de residuos sólidos municipales en Ciudad Eten, julio, 2011
Características Compost Control Incremento (%)
Número de plántulas emergidas
Biomasa aérea (g)
Biomasa radicular (g)
11
2,13 0,83
10,17
1,76 0,72
8,16
76 Figura 45. Biomasa radicular de Raphanus sativus L. “rabanito” por efecto del compost de
residuos sólidos municipales en Ciudad Eten, julio, 2011.
Figura 46. Biomasa radicular de Raphanus sativus L. “rabanito” en Ciudad Eten, julio,
77 V. DISCUSION
5.1 Cinética de las características físicas, químicas y biológicas en el proceso de
compostaje
La mezcla de residuos sólidos municipales biodegradables presentó parcialmente las características físico – químicas necesarias para el inicio del proceso de compostaje. En cuanto a la humedad se comenzó con 39,70 %; valor muy cercano al rango 40 – 60 % requerido para que se lleve a cabo la biodegradación según Pravia y Szterm (1999) y Coyne (2000). Respecto al pH el valor fue de 7,60 coincidiendo con Meléndez y Soto (2003), quienes determinaron un pH de 6,5 – 8,0 como óptimo para el bioproceso. En cuanto al contenido de materia orgánica fue de 50,72 %; valor que se encuentra en el rango de 25 – 70 % mencionado por Pierre et al. (2009).
Respecto a la relación C/N, el valor fue de 18,62; sin embargo, Coyne (2000); Soto y Muñoz (2002) y Carriello et al. (2007) determinaron que en la relación C/N o unidades de carbono por unidad de nitrógeno que contiene el material en compostaje, un valor comprendido entre 20 a 30, con un promedio de 25 es considerado adecuado para iniciar el compostaje. Por su parte Martínez et al. (2008) mencionaron un rango de 25 – 35 en la
78
existe suficiente nitrógeno para el crecimiento y multiplicación de los microorganismos, produciéndose una inmovilización de este elemento. A su vez, cuando la relación es menor de 30 el nitrógeno se encuentra en exceso y se pierde por lixiviación y volatilización (amoniaco) conforme se mineraliza (Coyne, 2000).
La relación C/N es significativa en el compostaje y puede variar desde 500:1 para el aserrín hasta 15:1 para los residuos de cocina, por esta razón, se debe formular una adecuada mezcla que alcance una relación C/N entre 25 – 35. Los residuos orgánicos con elevada cantidad de carbono son materias secas y marrones (virutas, aserrín, papel y cartón), mientras que los que contienen elevada cantidad de nitrógeno normalmente están húmedos y son verdes (residuos de frutas, verduras, cortes de pastos). Los residuos de cocina son húmedos, aportan carbono y nitrógeno y se descomponen rápidamente. A su vez, los restos de jardín, poda y maleza cuando están verdes tienen humedad moderada, aportan nitrógeno y su descomposición es rápida, pero cuando están secos aportan carbono y su descomposición es lenta (Alcolea y Gonzales, 2000).
La conductividad eléctrica (CEC) es un parámetro que expresa la concentración de sal estimada por los métodos basados en su capacidad para conducir la electricidad. La sal incluye los compuestos iónicos conformados por cationes y aniones. Los principales cationes son las sales solubles sodio, calcio y magnesio. A su vez, los aniones más significativos son el sulfato, cloruro y bicarbonato. En el presente estudio la CEC fue de 34,77 dS/m, valor muy superior al del parámetro referencial en suelo, donde más de 4,01 dS/m afecta el rendimiento de los cultivos agrícolas (SAGARPA, 2008). Al respecto, se coincide con Cereijo et al. (2007), quienes manifestaron que uno de los problemas en el compostaje de residuos sólidos urbanos es la presencia de sales en los materiales originales, por lo que se debe realizar un pretratamiento para disminuir al máximo su concentración, por cuanto durante el proceso de compostaje la CEC mayoritariamente aumentará, alcanzando valores que limitan la aplicación del producto en la agricultura.
79
incremento de la temperatura hasta 65 – 68 °C, y una segunda etapa mesófila con disminución de la temperatura hasta alcanzar similitud con el ambiente.
La variación de temperatura en las pilas de compostaje es uno de los factores competitivos que rige la tasa de reacción bioquímica en el proceso y está relacionada directamente con el crecimiento y metabolismo microbiano. En la primera etapa mesófila los microorganismos se multiplican rápidamente y degradan los compuestos orgánicos menos complejos como las proteínas y carbohidratos, elevando la temperatura hasta alcanzar 40 – 60 °C en una etapa termófila, en la que hongos termófilos, bacterias esporógenas, y actinomicetos son los encargados de descomponer ceras, lípidos, celulosas y hemicelulosas. En esta etapa se eliminan los microorganismos patógenos de plantas y animales, así como el poder germinativo de las malezas. A continuación, se observa una segunda etapa mesófila caracterizada por una disminución de la temperatura, y del grado de descomposición, así como por la recolonización del material por microorganismos mesófilos, que oxidan el amoníaco hasta nitrato y terminan con la degradación de los compuestos lignocelulósicos (Pérez et al., 2011).
En la segunda etapa mesófila la temperatura disminuyó desde 37 hasta 24 °C durante 49 días y no se observó su estabilización. A diferencia, Samamé (2009) determinó que en el compostaje de torta de cachaza y ceniza de caldera la temperatura disminuyó hasta 22 °C en 40 días y luego se estabilizó en 22 °C durante 15 días. Por su parte, Avendaño (2003), concluyó que en la segunda etapa mesófila se debe diferenciar una fase de enfriamiento y una de maduración o estabilización. Esta última fase permite la reducción del contenido de humedad, facilita el metabolismo de fracciones orgánicas más resistentes y formación de cuerpos húmicos, considerándose como la maduración lenta del compost, donde los compuestos volátiles se liberan o se degradan las sustancias orgánicas fitotóxicas producidas durante el composteo (Isaza et al., 2009).
80
mayor de 55 °C durante 3 días o mayor de 45 °C durante 12 días en el compostaje con volteos periódicos como el sistema del presente estudio. Es posible que la relación C/N de 18, con la que se inició el proceso de compostaje, sea en parte, responsable del corto período con una temperatura de 55 °C, coincidiendo con Tortarolo et al. (2008), quienes demostraron que la duración de la etapa termófila es influenciada por la relación C/N del material a compostar, siendo mínima en los materiales con la menor relación, debido a que los sustratos biodegradables se agotan muy rápidamente.
El tiempo de duración de la etapa termófila también está relacionado con el contenido de materia orgánica, tal que en el presente trabajo, con 50,72 % la duración fue de 33 días, frente a 53 días observado por Sandoval (2010) con 57,57 % de material orgánica. Asimismo, Cereijo et al. (2007) en procesos de compostaje realizados en biorreactores de 1000 L de capacidad determinaron 500 horas para las condiciones termófilas del residuo A, con 69,8 % del material orgánico, frente a 264 horas del residuo B, con 39,7 % de materia orgánica.
En cuanto a la humedad, el proceso se inició con 39,7 %; posteriormente se incrementó, disminuyó y estabilizó con 29,36 % al final del proceso, coincidiendo con Pravia y Szterm (1999), quienes concluyeron que en una biodegradación aerobia como es el compostaje, la humedad debe estar entre 40 a 60 %. Valores superiores producirán un desplazamiento del aire entre las partículas de la materia orgánica, originándose anaerobiosis, condición propicia para la fermentación y respiración anaerobia de los microorganismos. Uno de estos procesos es la desnitrificación o reducción desasimilatoria de los nitratos, en condiciones anóxicas, con liberación de gases nitrogenados, que implican pérdida del nitrógeno (Meléndez y Soto, 2003). Por su parte, valores menores de 40 % de humedad disminuyen la actividad microbiana debido al estrés hídrico e incrementan el tiempo de compostaje (Cereijo et al. 2007).
81
material fibroso o restos forestales que mantienen su firmeza por mucho tiempo se permite una humedad de 75 – 85 %, mientras que para material vegetal fresco, como el utilizado en el presente estudio, la humedad debe oscilar entre 40 – 60 % (Comando, 2006; Rojas y Zeledón, 2007).
La variación del pH constituye un indicador de la evolución del proceso de compostaje. Al inicio el valor fue de 7,6; luego se incrementó hasta 9 y después se estabilizó en 8,6, coincidiendo con Cereijo et al. (2007) quienes observaron que el pH de los residuos sólidos urbanos en compostaje se incrementó de 5,3 a 8,2. Asimismo, Isaza
et al. (2009) registraron un incremento del pH desde 8,2 hasta 9,21 los primeros 60 días de compostaje de residuos de jardinería y cáscara de frutas y después observaron una disminución hasta 8,23 a los 120 días del proceso. El aumento del pH generalmente está asociado con las altas temperaturas de la fase termófila, principalmente por la descomposición de los ácidos orgánicos de cadena corta, producto de la degradación de la materia orgánica en la fase mesofílica; presencia de grupos fenólicos y mineralización (amonificación) de la materia orgánica nitrogenada que origina amonio (Meléndez y Soto, 2003; Isaza et al., 2009). A su vez, la posterior disminución del pH (acidificación) y estabilización se debe a la oxidación del amonio por nitrificación, con formación de nitratos (Tognetti et al., 2007; Pérez et al., 2011); pero el valor no debe ser mayor de 8,5 porque se propicia la precipitación de los nutrientes del compost (Hoyos et al., 2010). Por su parte, Pérez et al. (2011) manifestaron que una vez superada la amonificación continúa la nitrificación. Esta etapa ocurre rápidamente bajo condiciones de aireación, baja temperatura y a pH de 6,5 – 7,5. Es llevada a cabo por microorganismos autótrofos con liberación de iones H+, que incrementan la concentración electrolítica y a su vez disminuyen el pH.
Terminado el proceso de compostaje el material presentó una excelente estructura, suelta y de fácil mezclado, coincidiendo con Pravia y Szterm (1999); Samamé (2009) y Sandoval (2010), quienes observaron que la estructura física de los residuos orgánicos se va perdiendo poco a poco como consecuencia de la biodegradación, resultando al final una masa homogénea, de color negro y sin olor donde no se distinguen los compuestos.
82
disminuyó, se incrementaron los microorganismos heterótrofos aerobios mesófilos y hongos filamentosos, alcanzando los mayores valores al final (70 – 84 días) y al inicio (35 – 56 días) de la segunda etapa mesófila, respectivamente. Esta diferencia en el tiempo podría estar relacionada con el contenido de humedad, puesto que el valor máximo de los hongos se alcanzó con 50 % de humedad y después disminuyó hasta un valor mínimo con 29,36 % de humedad. El resultado puede ser explicado con lo manifestado por Madigan et al. (2006), respecto a que los hongos filamentosos son mesófilos y proliferan mayoritariamente en ambientes húmedos con materia orgánica en descomposición.
Respecto a los microorganismos heterótrofos aerobios termófilos y actinomicetos, sus poblaciones disminuyeron conforme disminuyó la temperatura, alcanzando los mayores valores en la etapa termófila, por cuanto la temperatura óptima de estos microorganismos está entre 45 – 80 °C (Madigan et al., 2006). concluyeron que como producto del metabolismo microbiano, los sustratos orgánicos son degradados hasta dióxido de carbono, agua y minerales, observándose una disminución en su concentración. La diferencia puede ser explicada por el tipo de sustrato orgánico, que según su composición puede requerir de muy poco o mucho tiempo para su biodegradación, coincidiendo con Pérez et al. (2011), quienes determinaron incremento de la materia orgánica hasta los 56 días de compostaje de una mezcla de cachaza y bagazo de caña (50:50). Por el contrario, con una mezcla 75 % cachaza – 25 % bagazo de caña, la materia orgánica disminuyó desde los 7 días de compostaje. El bagazo de caña tiene como característica principal la riqueza de polímeros complejos como la celulosa, hemicelulosa y lignina, que no son fácilmente biodegradables. A su vez, la cachaza es una mezcla de materia orgánica y minerales (tierra más ceniza).
83
factor 1,8 (Madrid et al., 2001). El carbono y el nitrógeno son los dos elementos fundamentales en el compostaje. En el compostaje de residuos sólidos biodegradables se observó que la relación C/N se incrementó hasta los 63 días. Por el contrario, Cariello et al. (2007) y Martínez et al. (2008) determinaron que esta relación disminuyó rápidamente después del primer volteo, hasta alcanzar un valor de 17 y 12, respectivamente, al final de compostaje. Avendaño (2003), manifestó que los microorganismos utilizan 30 partes de carbono por cada parte de nitrógeno. El carbono es una fuente de energía y constituye aproximadamente el 50 % de la masa de la célula microbiana. El 5 – 10 % del carbono es asimilado por las bacterias, 15 – 30 % por los actinomicetos y 30 – 40 % por los hongos. A su vez, el nitrógeno es un componente esencial de las proteínas, ácidos nucleicos, aminoácidos, enzimas y coenzimas, necesarias para el crecimiento y funcionalidad de los microorganismos. Por lo expuesto, a medida que el compostaje avanza, el cociente C/N papel – cartón que tienen una elevada relación C/N (492, 398–852, respectivamente) no fueron degradados rápidamente ni mineralizados completamente siendo responsables de los valores elevados de materia orgánica, carbono orgánico y relación C/N en el compostaje. Por el contrario, los residuos de cocina, estiércol de vacuno y sangre fresca tiene una baja relación C/N (12, 13–15,3, respectivamente) y pueden ser degradados y mineralizados muy rápidamente (Martínez et al, 2008). Específicamente la sangre (13 % de N) fue degradada con mayor velocidad por los microorganismos, con liberación de amoníaco y alcalinización del medio. Por esta razón, tampoco se observó la acidificación del pH en la primera etapa mesófila que corresponde a los ácidos orgánicos formados por la degradación de los carbohidratos fácilmente metabolizables (Coyne, 2000).
84
También se observaron variaciones de la concentración de fósforo, en el proceso de compostaje, que pueden ser explicados por la solubilización, mineralización e inmovilización microbiana. Las condiciones que favorecen la solubilización del fósforo son la temperatura termofílica y la acidez moderada del medio (Pérez et al., 2011). Por esta razón, el mayor incremento en el fósforo se alcanzó a los 35 días, en la etapa termófila del bioproceso, coincidiendo con Isaza et al (2009), respecto a que el incremento gradual del fósforo es resultado de la concentración de la materia orgánica, causado por la biodegradación con mayor rapidez a mayor temperatura.
Los nutrientes calcio y magnesio disminuyeron hacia el final del bioproceso. Al respecto Hoyos et al. (2010), explicaron que cuando falta el periodo de maduración el compost presenta un bajo índice de humificación de la materia orgánica y en consecuencia tiene una baja capacidad para intercambiar bases con la solución del suelo. Por lo tanto, no existen suficientes sustancias húmicas capaces de retener los iones calcio, magnesio y sodio. En el presente estudio las concentraciones de calcio y magnesio disminuyeron en una relación inversa con la conductividad eléctrica, que a su vez se vio incrementada. Por el contrario, Bárbaro et al. (2010) manifestaron que según el diagrama de dispersión de la CE en función del calcio y magnesio, la relación fue directa, con un coeficiente de correlación de 0,94 y 0,95, respectivamente, observándose incremento de la CE, así como también del calcio y magnesio.
Respecto al incremento de la CE observado en el presente estudio, se coincide con Isaza et al. (2009), indicando la formación de compuestos inorgánicos por la mineralización de la materia orgánica y el incremento en la concentración de sales por la pérdida de peso en las pilas. Por su parte, Madrid et al. (2001); Nogales (1993) y Rosal
et al. (2007), obtuvieron compost de residuos sólidos urbanos y en la CE también se alcanzaron valores elevados de 11,5 dS/m, 15,0 y 19,7; respectivamente. No obstante, el valor máximo de 46 dS/m obtenido en el compost de Ciudad Eten es muy superior a los de los mencionados investigadores.
5.2 Rendimiento y características físico – químicas y biológicas del compost
