UNIVERSIDAD ANDINA
NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ
FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS PURAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA
Y AMBIENTAL
TESIS
INFLUENCIA DE LA AIREACION EXTENDIDA EN EL PROCESO DE
COMPOSTAJE AEROTERMICO DE RESIDUOS SOLIDOS
ORGANICOS PROVENIENTES DE MERCADOS
DE LA CIUDAD DE JULIACA, 2017
PRESENTADA POR:
Bach. JESÚS NASARE BELLIDO TACAR
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO SANITARIO Y AMBIENTAL
JULIACA – PERÚ
DEDICATORIA
Esta tesis está dedicada a mi familia, en especial a: La memoria de mi madre, Marcelina por el gran cariño y amor que me han sabido brindar en el transcurso de mi vida, y por sus sabios consejos que me han permitido seguir adelante.
A mis hijos Ángel y Lucas por ser ellos mi motor mi alegría y mi fortaleza.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez, al personal docente y administrativo de la Escuela Profesional de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, por los conocimientos básicos brindados y apoyo constante en mi formación profesional.
A mi Asesor de Tesis Dr. César Julio Larico Mamami, por sus enseñanzas y conocimientos compartidos, comprometiéndose con su profesión, experiencia, tiempo, paciencia y valiosa asesoría, transmitida a lo largo de esta investigación.
Agradezco a todas las personas involucradas en el desarrollo de esta tesis:
A mí familia por toda la fuerza que me ha sabido transmitir en los momentos más difíciles que nos ha tocado vivir, por tu valentía y por la fe que siempre has tenido en mí, aun cuando pensé decaer.
ÍNDICE
ÍNDICE ... iii
ÍNDICE DE FIGURAS ... vi
ÍNDICE DE TABLAS ... viii
RESUMEN ... ix
ABSTRACT ... xi
SIGLAS Y ABREVIATURAS ... xiii
INTRODUCCIÓN ... xiv
CAPÍTULO I ... 1
EL PROBLEMA ... 1
1.1 Análisis de la situación problemática ... 1
1.2 Planteamiento del Problema... 2
1.2.1 Problema general ... 2
1.2.2 Problemas específicos ... 3
1.3 Objetivos de la investigación ... 3
1.3.1 Objetivo general ... 3
1.3.2 Objetivos específicos... 3
1.4 Justificación del estudio ... 3
1.5 Hipótesis... 4
1.5.1 Hipótesis general ... 4
1.5.2 Hipótesis específicas ... 4
1.6 Variables ... 4
1.6.1 Variable independiente ... 4
1.6.2 Variable dependiente... 5
1.6.3 Operacionalizacion de variables e indicadores ... 5
CAPÍTULO II ... 6
MARCO TEORICO ... 6
2.1 Antecedentes del estudio ... 6
2.2 Bases teóricas del estudio ... 9
2.2.1 Materias Primas empleadas en el proceso de compostaje ... 9
2.2.2 Importancia de la elaboración del compost ... 10
2.2.3 Compostaje ... 10
2.2.3.1 Ventajas y desventajas del compostaje ... 11
2.2.3.2 Compostaje aerobio ... 12
2.2.4 Técnicas de compostaje ... 13
2.2.4.1 Sistemas abiertos ... 14
2.2.4.2 Sistemas cerrados ... 15
2.2.5 Fases del proceso de compostaje ... 16
2.2.5.1 Componentes iniciales ... 16
2.2.5.2 Fase Mesófila I ... 16
2.2.5.3 Fase Termófila ... 17
2.2.5.4 Fase Mesófila II o enfriamiento ... 18
2.2.5.5 Fase maduración ... 18
2.2.6 Principales Parámetros de Control ... 19
2.2.6.1 Temperatura ... 19
2.2.6.3 pH ... 21
2.2.6.4 Aireación ... 23
2.2.6.5 Espacios de aire libres ... 27
2.2.7 Parámetros Relativos a la Naturaleza del Sustrato ... 27
2.2.7.1 Tamaño de partícula (sustrato) ... 27
2.2.7.2 Relación Carbono - Nitrógeno ... 28
2.2.7.3 Nutrientes ... 29
2.2.7.4 Materia orgánica ... 29
2.2.8 Compost... 30
2.2.8.1 Ventajas del compost ... 30
2.2.8.2 Valores aceptables de la calidad de compost ... 31
2.2.9 Ventiladores ... 32
2.2.9.1 Tipos de ventiladores ... 32
2.2.9.2 Ventilador centrifugo... 33
2.2.9.3 Selección del ventilador y tiempo de operación ... 33
2.2.9.4 Sistemas de tuberías en paralelo... 34
2.3 Marco conceptual ... 35
CAPÍTULO III ... 37
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 37
3.1 Tipo de investigación ... 37
3.2 Técnicas e instrumentos ... 37
3.2.1 Técnicas... 37
3.2.2 Instrumentos. ... 37
3.3 Procedimientos ... 38
3.3.1 Metodología en el trabajo de campo ... 38
3.3.1.1 Lugar de ejecución del trabajo ... 38
3.3.1.2 Preparación de las áreas del compostaje aerotermico ... 39
3.3.1.3 Diseño del sistema de compostaje con aireación extendida... 40
3.3.1.4 Diseño del sistema de tuberías ... 41
3.3.1.5 Procesos del compostaje aerotérmico ... 44
3.3.2 Parámetros de control del compostaje aerotermico ... 52
3.3.3 Compostaje aerotermico con Aireación extendida (T1) ... 53
3.3.3.1 Aireación al compostaje aerotermico con aireación extendida ... 54
3.3.4 Evaluación de los parámetros físicos y químicos del compostaje aerotermico ... 55
3.3.4.1 Monitoreo de temperatura interna del compostaje aerotermico ... 56
3.3.4.2 Monitoreo de pH del compostaje aerotermico ... 57
3.3.4.3 Monitoreo de humedad del compostaje aerotermico ... 58
3.3.5 Determinación de la calidad de compost obtenido del compostaje aerotermico ... 58
3.4 Diseño de la prueba de hipótesis ... 58
3.5 Población y muestra ... 59
3.6 Matriz de consistencia ... 60
CAPÍTULO IV ... 61
RESULTADOS Y DISCUSIONES ... 61
4.1.1 Influencia de la aireación extendida en el proceso de compostaje de
residuos sólidos orgánicos ... 61
4.1.2 Determinación de los parámetros físicos y químicos en el compostaje aerotérmico ... 65
4.1.2.1 Compostaje aerotérmico con aireación extendida (T1) ... 65
4.1.2.2 Compostaje aerotérmico a condiciones normales (T2) ... 68
4.1.2.3 Comparación de los parámetros físicos y químicos del compostaje aerotérmico ... 70
4.1.3 Calidad de compost obtenido del compostaje aerotérmico ... 77
4.1.3.1 Comparación de la calidad de pH del compost obtenido ... 78
4.1.3.2 Comparación de conductividad eléctrica del compost obtenido ... 79
4.1.3.3 Comparación de Materia Orgánica del compost obtenido ... 80
4.1.3.4 Comparación de Nitrógeno del compost obtenido ... 81
4.1.3.5 Comparación de Fosforo del compost obtenido ... 81
4.1.3.6 Comparación de Potasio del compost obtenido ... 82
4.1.3.7 Comparación de Calcio del compost obtenido ... 83
4.1.3.8 Comparación de Magnesio del compost obtenido ... 83
4.1.3.9 Comparación de Humedad del compost obtenido ... 84
4.1.3.10 Comparación de Sodio del compost obtenido ... 85
4.2 Discusiones ... 85
CONCLUSIONES ... 87
RECOMENDACIONES ... 88
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 89
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Representación del proceso de compostaje ... 13
Figura 2: Pala mecánica volteando pila de compostaje ... 14
Figura 3: Pila estática con aireación forzada ... 15
Figura 4: Fases del proceso de compostaje ... 18
Figura 5: Zonas de concentración de temperaturas altas ... 20
Figura 6: Balance general de una pila de compostaje ... 30
Figura 7: Esquema de un sistema de tuberías en paralelo ... 34
Figura 8: Ubicación del estudio ... 39
Figura 9: Camellón de compostaje con aireación extendida. ... 40
Figura 10: Camellón de compostaje a condiciones normales. ... 40
Figura 11: Sistema de tuberías de distribución. ... 42
Figura 12: Esquema del sistema de aireación proyectado. ... 44
Figura 13: Diagrama del proceso de elaboración de compost. ... 45
Figura 14: Recolección de residuos orgánicos y transporte al lugar del estudio. ... 46
Figura 15: Recepción y pesado de los residuos de hortalizas, frutas y estiércol. ... 47
Figura 16: Residuos orgánicos de hortalizas y frutas caracterizado. ... 48
Figura 17: Picado manual de residuos orgánicos (hortalizas y frutas). ... 48
Figura 18: Conformación de los camellones de compostaje. ... 50
Figura 19: Cubierta de camellones de compostaje con ichu. ... 50
Figura 20: Monitoreo, volteo y riego del compostaje aerotermico. ... 51
Figura 21: Tamizado y envasado del compost de los diferentes tratamientos. ... 52
Figura 22: Esquema de las secciones de aireación. ... 53
Figura 23: Aireación al compostaje aerotermico con aireación extendida. ... 54
Figura 24: Fases del compostaje aerotermico. ... 55
Figura 25: Esquema de puntos de monitoreo de temperatura interna. ... 56
Figura 26: Monitoreo de la temperatura interna. ... 57
Figura 27: Monitoreo de pH (in situ) y en laboratorio. ... 57
Figura 28: Monitoreo de la humedad. ... 58
Figura 29: Tiempo de estabilización de los residuos sólidos orgánicos en el compostaje aerotermico con aireación extendida (T1) ... 63
Figura 30: Tiempo de estabilización de los residuos sólidos orgánicos en el compostaje aerotermico a condiciones normales (T2). ... 63
Figura 32: Evolución de la temperatura interna del compostaje con aireación
extendida... 66
Figura 33: Evolución del pH del compostaje con aireación extendida ... 67
Figura 34: Variación de la humedad del compostaje con aireación extendida. ... 67
Figura 35: Evolución de la temperatura interna del compostaje a condiciones normales. ... 68
Figura 36: Evolución del pH del compostaje a condiciones normales. ... 69
Figura 37: Variación de la humedad del compostaje a condiciones normales. ... 70
Figura 38: Comparación de temperatura (T°2) y las temperaturas promedios del compostaje aerotermico con aireación extendida ... 71
Figura 39: Comparación de temperatura (T°2) y las temperaturas promedios del compostaje aerotermico a condiciones normales ... 71
Figura 40: Comparación de temperaturas internas del compostaje aerotermico de los tratamiento (T1 y T2) ... 72
Figura 41: Comparación de pH del compostaje aerotermico de los tratamiento (T1 y T2) ... 74
Figura 42: Comparación de humedad del compostaje aerotermico de tratamiento (T1 y T2) ... 76
Figura 43: Comparación de calidad de pH ... 79
Figura 44: Comparación de la conductividad eléctrica ... 80
Figura 45: Comparación de la calidad materia orgánica ... 80
Figura 46: Comparación del contenido de nitrógeno ... 81
Figura 47: Comparación del contenido de fosforo ... 82
Figura 48: Comparación del contenido de potasio en el compost... 82
Figura 49: Comparación del contenido de calcio en el compost ... 83
Figura 50: Comparación del contenido de magnesio en el compost ... 84
Figura 51: Comparación del porcentaje de humedad del compost ... 84
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Variables, dimensiones e indicadores ... 5
Tabla 2: Principales fuentes de materia prima para la obtención del compost ... 9
Tabla 3: Rango ideal de control de humedad ... 21
Tabla 4: Rango ideal de control de pH ... 22
Tabla 5: Rango ideal de control de aireación... 23
Tabla 6: Rango ideal de control de tamaño de partículas ... 28
Tabla 7: Rango ideal de control de relación carbono/nitrógeno ... 28
Tabla 8: Relación C/N de algunos materiales usados en el compostaje ... 29
Tabla 9: Porcentaje de valores en compost ... 31
Tabla 10: Propiedades generales de un compost para ser comercializado ... 31
Tabla 11: Características químicas del compost ... 32
Tabla 12: Características de la tubería de PVC ... 42
Tabla 13: Distribución de los orificios a lo largo de las tuberías en horizontal... 43
Tabla 14: Distribución de los orificios a lo largo de las tuberías en vertical ... 43
Tabla 15: Información relativa al tipo, cantidad y origen de los residuos orgánicos. .... 47
Tabla16: Tratamientos y tipos de residuos orgánicos. ... 47
Tabla 17: Cantidad de materia prima y relación adecuada de C/N utilizados ... 49
Tabla18: Combinación de residuos utilizados en el compostaje aerotermico. ... 49
Tabla 19: Características de los camellones de compostaje ... 49
Tabla20: Porcentajes de residuos utilizados en el compostaje aerotermico. ... 51
Tabla 21: Frecuencia de control del compostaje con aireación extendida ... 52
Tabla 22: Frecuencia de control del compostaje a condiciones normales ... 53
Tabla 23: Tiempo de suministro de oxígeno por sección. ... 54
Tabla 24:Tiempo de estabilización de residuos sólidos orgánicos por compostaje aerotermico con aireación extendida y a condiciones normales ... 62
Tabla 25: Resultados del análisis de calidad de compost ... 77
RESUMEN
Molina (LASFAP), las cuales se compararon entre los dos tratamiento y los rangos normales establecidos por la OMS(1985), Gotas Harold: Mencionado por Altamirano y Cabrera (2006), CEPIS/OPS (2002) y el Manual para Extensionistas, Promotores y Productores del Campo, las cuales nos indican que están dentro de los rangos establecidos. Esto nos permite concluir que el compostaje sometido a una buena aireación alcanza altos porcentajes de biodegradación, por lo tanto optimiza el factor tiempo en la estabilización de los residuos orgánicos es menos con respecto al compostaje sin aireación.
ABSTRACT
The generation of organic waste is more than 45%, that is why the importance of the
study, which is necessary the existence of composting techniques. Therefore, the
objective of the research is to determine the influence of extended aeration in the process
of composting aerothermal organic solid waste at an altitude of 3826 m.s.n.m. In the
present research study, two composting methods were compared in the stabilization of
organic solid waste composed of vegetable, vegetable and fruit residues from markets.
The composting beds were; one with extended aeration (1 aeration every 2 days) and
the other without aeration or traditional composting (with 3 turns in the active phase).
The aeration system was with PVC pipes 2 "in parallel, with holes of different diameters
along its longitudinal section. Each compost hedge contained 750 kg of vegetable and
vegetable waste, 170 kg of fruit waste and 80 kg of sheep manure. Those that were
characterized and homogenized in equal amounts prior to installation. In them the
evolution of the physical and chemical parameters in the different periods of evolution of
the composting with respect to the stabilization time were monitored, to finally compare
them and see the influence of the extended aeration. With the results obtained and
analyzed from the two composting beds, it was determined that extended aeration
influences the time of stabilization of organic waste; demonstrating that composting with
extended aeration manages to stabilize organic waste in a shorter time of 76 days, on
the contrary, composting without aeration showed a stabilization of organic waste slower
that lasted a time of 120 days, with a difference of 44 days. With respect to the chemical
physical parameters, the following results were obtained: in the case of temperature, the
evolution is faster in composting with extended aeration because there is greater
availability of oxygen due to the increase in microbial activity, which consequently, it
increases the temperature and accelerates the biodegradation in a shorter time. In the
evolution of the hydrogen potential (pH) during the composting process, there is not
much difference between the two composts with aeration and without aeration. In
contrast to moisture, the difference is significant because the treatment with aeration
requires greater humidity, because the extended aeration dissipates or drags moisture,
in addition to the increase in temperature by microbial action evaporates moisture,
therefore It requires an irrigation envelope in a shorter time interval. Finally, with respect
to the quality results of compost obtained from organic residues from markets, were
analyzed in the laboratory of the National Agrarian University la Molina (LASFAP), which
were compared between the two treatment and the normal ranges established by the
(2002) and the Manual for Extensionists, Promoters and Producers of the Field, which
indicate that they are within the established ranges. This allows us to conclude that
composting subjected to good aeration reaches high percentages of biodegradation,
therefore optimizing the time factor in the stabilization of organic waste is less with
respect to composting without aeration.
SIGLAS Y ABREVIATURAS
OPS: Organismo Panamericana de la Salud INTE: Instituto Tecnológico Experimental
INTEC: Corporación Tecnológica de Investigación OMS: Organismo Mundial de la Salud
UNALM: Universidad Nacional Agraria la Molina
LASPAF: Laboratorio de Análisis de Suelo, Plantas, Agua y Fertilizantes CEPIS: Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales FAO: Food and Agriculture Organization
PNUD: Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo GPC: Generación per cápita
Da: Densidad aparente Dr: Densidad relativa P: Porosidad
FAS: Free air space AF: Aireación forzada AM: Aireación manual Kg: Kilogramos Hab: habitante
CO2: Dióxido de carbono
C/N: Relación carbono nitrógeno H: Humedad
pH: Potencial de hidrogeno T: Temperatura
CE: Conductividad eléctrica MO: Materia orgánica N: Nitrato
INTRODUCCIÓN
El ciclo de los residuos sólidos implica la generación, recolección, selección, aprovechamiento, tratamiento y disposición final para ello es necesario que los residuos sean tratados y dispuestos de forma segura. Es sabido que en el Perú más del 50% de los residuos sólidos generados son de composición orgánica, el cual está formado por restos de fruta, verduras y restos putrescibles, los que necesariamente deben ser estabilizados por la técnica del compostaje, método que en promedio requiere de un tiempo de 4 meses razón a ello este método no es posible su aplicación por la cantidad de residuos que se genera como en la ciudad de Juliaca. Actualmente el compostaje se usa como una de las alternativas que permite el reaprovechamiento de los residuos orgánicos, por lo tanto es posible optimizar el tiempo de estabilización mediante el compostaje con aireación extendida.
En 1994, Costa, citado por Torres y otros (2005), sobre el compostaje señala: Que es un proceso biológico aerobio, donde la materia orgánica es estabilizada hasta obtener un producto final estable. El compost se caracteriza por ser un abono orgánico, libre de patógenos y rico en nutrientes.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1 Análisis de la situación problemática
Uno de los problemas más graves relacionados con el manejo de residuos sólidos es su mala disposición final. “El Instituto Integración, titulado a dónde va la basura, en el Perú la GPC es de 0.61 kg/hab/día de residuos domiciliarios en promedio, se sabe que del valor generado más del 50% corresponde a residuos sólidos orgánicos” (grupo RPP, 2016). Sin embargo esto es causado por el crecimiento poblacional, el desconocimiento y la falta de cultura y educación ambiental que promueva el reaprovechamiento de los residuos sólidos. El cual se refleja en la falta de limpieza y la existencia de botaderos clandestinos, la cual ocasiona focos infecciosos transmisores de enfermedades, malos olores y el deterioro del medio ambiente.
El Ingeniero A. Huiman, especialista en gestión de residuos sólidos del INTE afirma: Que en el Perú se genera 18,131 toneladas de basura diario. Así mismo solo existen doce rellenos sanitarios entre los 1851 distritos del país, eso quiere decir que más del 95% de la basura termina en botaderos clandestinos (Grupo RPP, 2016).
enfermedades, que ocasiona el deterioro y la disminución de la calidad de vida del entorno.
En efecto, los residuos sólidos es un problema de gran impacto ambiental que deteriora el ecosistema al contaminar el agua, suelo y el aire, alterando las condiciones del entorno. Por consecuencia del consumo innecesario del hombre, ineficiencia en la recolección, transporte, tratamiento, reciclaje y disposición final de residuos sólidos y la falta de rellenos sanitarios, programas de educación ambiental y el fomento de la cultura de reciclaje las cuales originan el problema ambiental en la sociedad.
Por todo lo anterior existen muchas medidas y técnicas, sin embargo gran parte de la solución lo tenemos cada uno de nosotros, tomando conciencia del problema, minimizando el uso de elementos contaminantes, cambiando nuestros hábitos de consumo e informándonos sobre la cultura ambiental; vertido controlado, el reciclaje y la valorización energética. Así mismo hay técnicas de compostajes, digestión anaerobia, pirolisis, gasificación e incineración.
Por tal razón es necesario que los residuos sean reciclados y segregados en la fuente y se traten la fracción orgánicos mediante la técnica del compostaje aerotermico; sin embargo esta técnica tendría sus desventajas para poblaciones con mayor número de habitante debido a que el proceso de compostaje requiere de un tiempo de estabilización en promedio de 4 meses. Por lo tanto es importante reducir el tiempo de estabilización el cual se puede lograr implementando la aireación extendida. Y de esta manera el reaprovechamiento de los residuos orgánicos podría ser una opción para tratar de controlar este problema, además más del 50% de estos residuos orgánicos estabilizados podrían ser reaprovechados como abono por las áreas verdes de las municipalidades. Diversos estudios indican que la aireación podría reducir el tiempo de estabilización, el cual no está descrita aun para nuestra realidad por lo descrito es necesario conocer la influencia de la aireación proceso de compostaje aerotermico.
1.2 Planteamiento del Problema
1.2.1 Problema general
1.2.2 Problemas específicos
- ¿Cuál es la influencia de la aireación extendida en el proceso de compostaje aerotermico de residuos provenientes de mercados de la ciudad de Juliaca? - ¿Cuáles es la variación de los parámetros físicos y químicos en el proceso
de compostaje aerotérmico con la intervención de la aireación extendida? - ¿Cuál es la calidad del compost con aireación extendida?
1.3 Objetivos de la investigación
1.3.1 Objetivo general
Determinar la influencia de la aireación extendida en el proceso de compostaje aerotérmico de residuos sólidos orgánicos provenientes de mercados de la ciudad de Juliaca, 2017.
1.3.2 Objetivos específicos
- Evaluar la influencia de la aireación extendida en el proceso de compostaje de residuos provenientes de mercados de la ciudad de Juliaca.
- Determinar la variación de los parámetros físicos y químicos en el proceso de compostaje aerotérmico con la intervención de la aireación extendida. - Determinar la calidad del compost obtenido del proceso de compostaje
aerotermico con aireación.
1.4 Justificación del estudio
1.5
Hipótesis
1.5.1
Hipótesis general
Hi: la aireación extendida si influye en el tiempo de estabilización de residuos sólidos orgánicos provenientes de mercados de la ciudad de Juliaca, en relación al compostaje convencional.
H0: la aireación extendida no influye en el tiempo de estabilización de residuos sólidos orgánicos provenientes de mercados de la ciudad de Juliaca, en relación al compostaje convencional.
1.5.2
Hipótesis específicas
- Hi1: La aireación extendida reduce el tiempo de estabilización de residuos sólidos orgánicos provenientes de mercados de la ciudad de Juliaca, en relación al compostaje convencional.
- H01: La aireación extendida no reduce el tiempo de estabilización de residuos sólidos orgánicos provenientes de mercados de la ciudad de Juliaca, en relación al compostaje convencional.
- Hi2: La aireación extendida si influye en los parámetros físicos y químicos en relación al compostaje convencional.
H02: La aireación extendida no influye en los parámetros físicos y químicos en relación al compostaje convencional.
- Hi3: La aireación extendida si influye en la calidad del compost.
H03: La aireación extendida no influye en la calidad del compost.
1.6 Variables
1.6.1 Variable independiente
Los indicadores:
- Características del sistema de aireación.
- Características de los parámetros físicos y químicos.
1.6.2 Variable dependiente
El compostaje aerotermico (y). Es el factor observado, que depende de la influencia de la aireación extendida.
Los indicadores:
- Eficiencia del compostaje aerotermico con aireación extendida. - Comparación de los tratamientos.
1.6.3 Operacionalizacion de variables e indicadores
Tabla 1 :
Variables, dimensiones e indicadores
CAPÍTULO II
2
MARCO TEORICO
2.1 Antecedentes del estudio
Arias et al., (2007) reportaron como resultado de su trabajo de investigación: Acerca de la comparación de dos técnicas de aireación en la degradación de materia orgánica. En este estudio se compararon dos técnicas de aireación para la degradación de la materia orgánica compuesta de residuos de jardinería y cascaras de cítricos. Una fue, pila estática con aireación forzada (dos aireaciones diarias) y la otra pila con el método tradicional de volteo periódico manual (dos volteos semanales). Cada pila contenía 1500 kg de residuos de jardinería y 220 kg de cascara de cítricos triturados. El proceso de degradación duro 120 días, las determinaciones analíticas de Temperatura, Humedad, pH, Conductividad Eléctrica, Materia orgánica, Carbono Orgánico, mostraron que el comportamiento de la temperatura al final del proceso fue similar en ambos tratamientos (36 °C). La Humedad, Conductividad Eléctrica, pH, Materia orgánica, Carbono Orgánico, Nitrógeno, relación C/N y Fosforo finales en el tratamiento con aireación forzada fue de 57.22%, 1.73 dSm, 7.95, 39.27%, 21.82%, 1.21%, 18.70, 277mg kg respectivamente y de 64.74%, 1.0 dSm, 8.23, 42.80%, 23.78%, 1.42%, 16.51 y 217mg kg para el volteo manual respectivo.
2.8, 1.4 y 1.2 g CO2 kg de composta seca respectivamente. La composta producida por AF mostro menor toxicidad en toda las especies hortícolas probada en comparación con la composta producida por AM. La composta de AF mostro 2.74% de nitrógeno total a 100 días del proceso, el método de AM tuvo 2.45%. El N-NH4 no mostro una tendencia definitiva, sin embargo el N-NH3 fue mayor en AM (365 mg kg) que en AF (254 mg kg). La relación C/N se redujo de 10.7:1 al inicio del experimento a 7.9:1 y 8.8:1 en los métodos AF y AM respectivamente.
C. Chandler et al., (2006) en su trabajo de investigación sobre; Efectos de la aireación en el compostaje del bagacillo de la caña de azúcar, se estudió la producción de abono orgánico mediante el compostaje en un biorreactor cilíndrico de 100 L de capacidad. El tiempo de aireación fue de dos y tres horas en el día. A los quince días del proceso de compostaje se obtuvieron valores de pH entre 7.04 y 7.85 para dos y tres horas de aireación, respectivamente, la Temperatura alcanzo valores máximos promedios de 54 °C, lo cual asegura la calidad microbiológica del producto obtenido, debido a que no permite el desarrollo de microorganismos patógenos. El análisis de varianza aplicado a los resultados, mostros que el efecto causado por el flujo de aire y el tiempo de aireación no fue significativo sobre los contenidos de nitrógeno, carbono y la relación C/N. de lo diferente tratamientos empleados, las condiciones de aireación garantizaron la obtención de un buen abono orgánico con un menor consumo de energía con valores de nitrógeno de 0,42%; carbono de 63,83% y una relación de C/N de 160,14.
ventilación bajo demanda a través del control de temperatura por retroalimentación que mantenía una temperatura máxima en la pila de 55 °C. El aire fue soplado desde la base de la pila a través de agujeros en las paredes de tres tubos de PVC de longitud 3 m y 12 cm de diámetro. El temporizador para la ventilación se fijó en 30 segundos cada 30 minutos. Ambas pilas se voltearon una vez durante el proceso, cuando la temperatura comenzó a disminuir, a fin de mejorar tanto la homogeneidad de los materiales como el desarrollo del proceso. Se utilizó la aireación forzada durante la fase bio-oxidativa: de 134 días en la pila 1 y 157 días en la pila 2. La fase bio-oxidativa del compostaje se consideró terminada cuando la temperatura se acercó al valor externo y no ocurrió recalentamiento. La inyección de aire fue entonces detenida para permitir que el compost pueda madurar por un período de aproximadamente dos meses. La humedad de las pilas se controló semanalmente adicionando la cantidad necesaria de agua para obtener un contenido de humedad de no menos de 40 %. Los lixiviados de las pilas, se recogieron y añadieron de nuevo a las pilas. Las pilas se muestrearon aproximadamente cada dos semanas durante la fase bio oxidativa y después del período de maduración. Ambas pilas mostraron una tendencia de la temperatura de compostaje típica, lograron temperaturas termófilas (>40 °C) durante las primeras dos semanas de compostaje; y el mantenimiento de la fase Termofílica aproximadamente 76 y 122 días para las mezclas 1 y 2, respectivamente. La pila 2 alcanza los valores de temperatura termófilas más rápido y tiene una fase termófila más larga que la pila 1.
temperatura para la pila A se mantuvo por encima de la temperatura. En comparación de la estabilidad y la madurez de productos de compostaje con distintas tasas de aireación. Mediante la comparación de la parámetros físicos y químicos en el producto de compostaje, como NH4+, N, NO3, CE y GI, se determinó que tasas de aireación de 0.5 y 0.7 L min-1 kg-1 MO producen compost de mejor calidad, que el de la tasa de aireación de 0.3 L min-1 kg-1 MO.
Gallardo (2013) precisa; La práctica de compostaje en el Perú tuvo sus inicios en la década de 1940, mediante pruebas empíricos, con restos de rastrojo y estiércol de vacunos. Los resultados de este tratamiento son una reducción de volumen y la estabilización de la materia orgánica, permitiendo su uso de este abono en la agrícola y en la jardinería.
2.2 Bases teóricas del estudio
2.2.1 Materias Primas empleadas en el proceso de compostaje
Para elaborar compost es necesario utilizar residuos de origen orgánico como son: Residuos Vegetales: desperdicios de frutas, hortalizas o verduras y tubérculos de los mercados de abastos, hojas secas, restos de poda, desperdicios de cocina. Palencia & Gildardo (2002) mencionan que los materiales orgánicos están compuestos principalmente de carbono y nitrógeno, que son utilizados por los microorganismos como fuente de alimento.
Para la elaboración del compost, se puede utilizar cualquier materia orgánica, como restos vegetales, estiércol, restos de cocina, restos de jardinería. Siempre y cuando esta no se encuentre contaminada (OPS, 1999).
Menciona que es posible obtener un abono organico rico en nutrientes para la agricultura, usando como sustrato, el estiércol o desechos de animales, ya sea ovino, vacuno, cerdos (Keeley, 1988).
Tabla 2:
Principales fuentes de materia prima para la obtención del compost
Residuos Agrícolas Residuos pecuarios Residuos Municipales
Restos de cosecha Estiércol de ganados Residuos de mercados
Desbroce Estiércol de aves Residuos de camales
Hojas Purines Residuos domiciliarios
Rastrojos de poda Lodos
2.2.2 Importancia de la elaboración del compost
El compostaje es una técnica de reaprovechamiento de los residuos orgánicos, pues surge como una alternativa para tratar la fracción orgánica de los residuos sólidos y el reusó de la materia orgánica estabilizada como mejorador de la calidad del suelo (Gallardo, 2013). La importancia del compostaje nos permite:
Reducción de la contaminación por residuos orgánicos, utilizando técnicas de compostaje.
Incremento en la producción de viveros, áreas verdes en zonas urbanas.
Oferta de abonos orgánicos para poblaciones rurales.
Crear una cultura ambiental en la población, el reaprovechamiento y la reutilización de productos.
Disponibilidad de nitrógeno para las plantas.
Abonos ricos en nutrientes y mejor capacidad de crecimiento de las plantas.
Contribuye a la formación de humus permanente.
Reducir el uso de fertilizantes en la agricultura.
Mejorador de suelos infértiles o degradados.
2.2.3 Compostaje
El compostaje es un proceso microbiológico que depende, de las variaciones de la temperatura dentro de la masa de compostaje, determinando la evolución y la sustitución de los microorganismos (Guerrero, 2013).
Guerrero (1993) menciona: En el compostaje se distingue dos fases. Fase activa, se predomina por el desarrollo de los microorganismos y por la adecuada disponibilidad de nutrientes, que son utilizado como fuente de energía, está se determina por una gran actividad microbiana y altas temperaturas, lo que asegura una rápida degradación y la estabilidad del sustrato. La fase maduración, comienza cuando la temperatura disminuye a la temperatura ambiente y la materia orgánica es escaso para la actividad microbiana, esta etapa se caracteriza por un proceso lento de mineralización. (p.14)
ventajas económicas, por reducción de productos usados como acondicionador de suelos. De Carlo (2001) menciona que el compostaje es un proceso biológico, donde los residuos orgánicos son degradados y transformados en compuestos orgánicos más simples por la actividad de los microorganismos aerobios.
Para logra el adecuado desarrollo del compostaje se debe tener en cuenta la relación carbono/nitrógeno y la homogenización de los residuo orgánico a compostar (basura, lodos), con material de soporte (aserrín, rastrojos de poda (Ahumada, 1995).
Cuando los sustratos a compostar presentan una relación de carbono/nitrógeno inadecuado es necesario la incorporación de un material de soporte, se recomienda una relación C/N de 25:1-35:1(Madrid y otros, 2001), cuando la porosidad de la mezcla es baja, y el suministro de oxígeno a los microorganismos es perjudicado por la compactación de la mezcla puede verse mermado, con lo cual disminuye la actividad microbiológica. Los factores que condicionan el proceso biológico del compostaje son influenciados por el clima, técnica de compostaje y el tipo de sustratos a tratar.
Arroyave y Vahos (1999) explicaron el compostaje como un proceso natural y oxidativo, que requiere de condiciones adecuadas de humedad y disponibilidad de materia orgánica para la intervención de diversos microorganismos aerobios, este proceso implica el paso por una etapa activa y la etapa de maduración obteniendo al final un producto estable, libre de patógenos y disponible para ser utilizado como mejorador de suelos sin que ocasione daños al ambiente…
Álvarez (2010) define como una estabilización biológica de la materia orgánica, bajo condiciones adecuadas que permitan el desarrollo de los microrganismos, en sus diferentes fases por consecuencia de esta degradación resulta un producto final estable, libre de patógenos y semillas que al ser aplicado al terreno produce un beneficio…
2.2.3.1 Ventajas y desventajas del compostaje
Las ventajas son: (Amigos de la tierra, 2009):
Reduce la cantidad de residuos producidos.
Presenta costos competitivos con otras tecnologías de manejo de residuos.
Los medios de cultivo son simples, generalmente se emplea subproductos agrícolas con alto contenido de nutrientes.
Su limitada disponibilidad de agua es de gran ayuda para evitar la contaminación por bacterias y levaduras.
El producto final no es contaminante.
Los procesos de separación o purificación y de disposición de desperdicios son simples.
Sin embargo, este tipo de fermentación tiene algunas desventajas, entre las que destacan (Casco y otros, 2008):
La remoción del calor metabólico generado durante el crecimiento puede ser un problema, especialmente a grandes escalas.
La naturaleza sólida del sustrato dificulta el monitoreo de parámetros del proceso.
Es difícil garantizar la correcta distribución de sustancias y el control de variables; el pH, la humedad y concentración de sustrato.
Los aspectos científicos y de ingeniería están pobremente señalados en la FMS. Muchas de las contribuciones obtenidas a fecha son cualitativas o empíricas debido a las dificultades encontradas para su cuantificación.
2.2.3.2 Compostaje aerobio
nutricionales, las que se establecen efectos sintróficos y nutrición cruzada (OPS, 1999).
Según la OPS (1999), debemos diferenciar dos zonas en los camellones de compostaje:
la zona central o núcleo del camellón de compostaje, sujeta a cambios de altas temperatura.
zona cortical es la parte que rodea el núcleo del camellón de compostaje el espesor dependerá del volumen y los tipos de material utilizados. Otro aspecto muy importante a mencionar es la cantidad de calor que se genera en la estabilización aeróbica de los residuos orgánicos, por consecuencia de la actividad metabólica de los microorganismos, resultando una reacción exotérmica la cual contribuye al incremento de la temperatura interna del proceso (Unda,1998).
Fuente: Monteagudo (2008)
Figura 1: Representación del proceso de compostaje
En la estabilización de los residuos orgánicos los microorganismos requieren de ciertas condiciones básicas que deben ser atendidos. La humedad, el oxígeno y la correcta relación de Carbono / Nitrógeno, para proporcionar un ambiente adecuado para el desarrollo de los microrganismos en el proceso de compostaje (Pérez, 2008).
2.2.4 Técnicas de compostaje
Varían principalmente de acuerdo a las características y condiciones de aireación, tiempo de aireación y calidad requerida del compost. La elección de la técnica de compostaje pende principalmente de inversión, funcionamiento,
Agua Calor O2
CO2
disponibilidad de terreno, operación y el potencial para generar problemas medioambientales del producto que se desea elaborar (INTEC, 1999).
2.2.4.1 Sistemas abiertos
a) Pilas estáticas
Es la técnica de compostaje más antiguo, consiste en el apilamiento de la materia orgánica a altura reducida, el cual se deja sin movimiento. Sin embargo la aireación ocurre de forma natural, es común que se produzca anaerobiosis, ocasionando malos olores y lixiviados. También es importante realizar una adecuada mezcla de C/N al inicio y el adecuado tamaño de la materia orgánica a compostar. Esta técnica de compostaje es muy lento y requiere de mucho tiempo y la calidad de compost no es buena. (Ecoamérica, 2001).
b) Pilas aireadas
Esta técnica de compostaje es el más sencillos y económicos. Se caracteriza por el volteo que se realiza, para homogenizar la mezcla y controlar su temperatura, a fin de eliminar el calor excesivo, controlar la humedad y aumentar la porosidad para mejorar la ventilación. Después de cada volteo, la temperatura desciende entre 5 a 10°C, subiendo de nuevo en caso de que el proceso no hubiese culminado, la frecuencia del volteo depende del tipo de material, humedad y la rapidez con que se desee realizar el proceso. Normal mente se hace registro periódicos de temperatura, humedad y oxígeno para aplicar el volteo (INTEC, 1999).
Fuente: Junta de Andalucía (2008).
c) Pilas con aireación pasiva
Esta técnica de compostaje es apropiado considerando el costo – beneficio con aireación forzada o pilas con volteo. Para mejorara la aireación natural se utiliza estructuras que permite que el flujo de aire parta desde el inferior hacia la parte superior. Las características de la pila dependen del tamaño de las partículas, así como el contenido de humedad, porosidad y el nivel de descomposición, todo lo cual afecta el movimiento del aire hacia el centro de la pila (INTEC, 1999).
d) Pilas con aireación forzada
Esta técnica de compostaje permite tener un mayor control de la concentración de oxígeno y mantenerla a un intervalo apropiado (15 – 20 %), para mejorar la actividad metabólica. El suministro de oxígeno se debe realiza de forma continua o en intervalos de tiempo, por varias vías, para llegar a una determinada temperatura, (55 - 60°C), o descender la temperatura (Tchobanoglus, 1993).
Fuente: Junta de Andalucía (2008).
Figura 3: Pila estática con aireación forzada
2.2.4.2 Sistemas cerrados
2.2.5 Fases del proceso de compostaje
2.2.5.1 Componentes iniciales
La microbiota inicial de los materiales a compostar es muy variable dependiendo del sustrato y de las condiciones en que este es conservado. La mayoría de sustratos utilizaos para compostaje presenta una cierta población microbiana natural, aunque existe escasa información relativo a la composición de tal comunidad. Se precisa que en el estudio realizado por (Ryckeboer & Col, 2003) quienes, en contra de lo que abría de esperar, encontraron escasos microorganismos mesofilos y una elevada proporción de termófilos en residuos orgánicos domésticos. Sin embargo aunque la población inicial de los sustratos pueden determinar la evolución del proceso, no se bebe considera un factor limitante (Moreno, 2008).
2.2.5.2 Fase Mesófila I
Aprolab (2007) indica que la masa vegetal está a temperatura ambiente y los microrganismos se multiplican rápidamente. Como consecuencia de la actividad metabólica la temperatura se eleva y se producen ácidos orgánicos que hace bajar el pH.
Es la fase más dinámica del proceso de compostaje, en la cual se incrementa la temperatura de(10°C – 40°C), en esta etapa la relación C/N es de vital importancia ya que el carbono es el aporte energético de los microorganismos y el nitrógeno es esencial para la síntesis de nuevas moléculas, durante en esta fase ocurre, la biodegradación de los compuestos orgánicos simples, como los (azucares y aminoácidos) ocasionando una descenso del pH, debido a la descomposición de lípidos y glúcidos en ácidos orgánicos y las proteínas en aminoácidos. Todo esto por la actividad de las bacterias, hongos mesófilos y termotolerantes. La actividad metabólica en esta fase da lugar a un aumento rápido de la temperatura, por lo que ocasiona la transición el de la fase mesófila a la fase termófila cuando alcanza una temperatura de 42°C a 45°C, indicando la fase termófila (Morreno y Moral, 2008).
más tolerantes a las variaciones del pH y humedad. En esta fase la relación C/N es de especial importancia ya que el carbono aportara la energía a los microorganismos y el nitrógeno es esencial para la síntesis de nuevas moléculas. El color en esta fase es aun fresco y presenta un característico olor a frutas, verduras y hojas frescas (Vilarino y otros, 2009).
2.2.5.3 Fase Termófila
Cuando la temperatura alcanza los 40°C los microorganismos termófilos actúan transformando el nitrógeno en amoniaco y el pH se hace alcalino. A los 60°C estos hongos termófilos desaparecen y aparecen las bacterias y actinomicetos las que se encargan de degradar las ceras, proteína (Aprolab, 2007).
Morreno y Moral, (2008) precisa: Esta fase se caracteriza por desarrollarse a elevadas temperaturas (45 - 70ºC) que permiten la proliferación de bacterias termófilas, inhibiendo la actividad de bacterias mesófilas, hongos y levaduras, el decrecimiento de la actividad microbiana hace que el incremento de la temperatura no sea tan pronunciado como en la etapa anterior, la degradación de los ácidos obtenidos en la etapa anterior provoca el incremento del pH pasando desde 5,5 hasta 7,5, como consiguiente la alcalinización.
Vilarino y otros, (2009) afirma; La temperatura continúa ascendiendo hasta llegar a 75ºC, las poblaciones de bacterias y hongos mesofílicos mueren o permanecen en estado de dormancia, mientras que las bacterias termófílicas, actinomicetos y hongos termófílicos encuentran sus condiciones de desarrollo óptimas, generando incluso más calor que las bacterias mesófilas. La degradación de los ácidos obtenidos en la fase anterior provoca el incremento del pH pasando desde 5.5 hasta 7.5, valor que se mantendrá casi constante hasta el final del proceso, el color del compost se pone más oscuro paulatinamente y el olor original se comienza a sustituir por olor a tierra.
2.2.5.4 Fase Mesófila II o enfriamiento
OPS, (1999) afirma; Con el agotamiento de los nutrientes y la desaparición de los microrganismos termófilos, comienza el descenso de la temperatura. Cuando la misma se sitúa aproximadamente a temperaturas iguales o inferiores a los 40°C se desarrollan nuevamente los microorganismos mesófilos que utilizaran como nutrientes los materiales más resistentes a la biodegradación, tales como la celulosa y lignina restante en las parvas. Esta etapa se la conoce generalmente como etapa de maduración. Su duración depende de numerosos factores. La temperatura descenderá paulatinamente hasta presentarse en valores muy cercanos a la temperatura ambiente. En estos momentos se dice que el material se presenta estable biológicamente y se da por culminado el proceso. (p.19)
2.2.5.5 Fase maduración
Ocurre una estabilización lenta y la reducción del volumen de la materia orgánica en un 50%, el material retorna a una nueva fase Mesófila. La biomas microbiana representar hasta el 25% del peso total del compost, sin embargo esta fase puede durar meses a temperatura ambiente (Frioni, 1999).
La temperatura disminuye considerablemente hasta llegar a temperatura ambiente. En esta fase los microorganismos mesófilos vuelven y se proliferan de nuevo degradando compuestos más complejos, como la oxidación de la materia orgánica, hidrógeno, amonio, nitrito y sulfuros, fijación del nitrógeno y la reducción de sulfatos. Logrando a que el sustrato este más estable y humificado, por consecuencia de la actividad microbiana (Gutiérrez, 2014).
Fuente: Monteagudo (2008)
2.2.6 Principales Parámetros de Control
Según lo descrito, el proceso de compostaje está basado en la actividad de microorganismos, ya que son ellos los encargados de descomponer la materia orgánica. Para que estos perduren y puedan realizar su actividad con la máxima eficiencia, requieren de condiciones óptimas de humedad, pH, nutrientes, temperatura, y aireación (Guerrero, 1996).
2.2.6.1 Temperatura
En 2007, Aprolab, citado por Cabrera (2012), señala; El control de la temperatura juega un papel muy importante en el proceso y en la calidad final del compost. La temperatura en la cama de compostaje comienza con una rápida elevación, a causa del metabolismo de los microrganismos. Se necesita calor para que la materia orgánica se descomponga y garantice la eliminación de patógenos y la inhabilitación de semillas que pueda a ver en la materia orgánica empleado. Es importante mantener la temperatura de la pila de compostaje a un nivel intermedio entre 45 a 50 °C. Temperaturas superiores a los 50 a 60 °C, ocasiona la perdida de nitrógeno por volatilización (amoniaco) y obtendremos un compost pobre en nutrientes. (p.13)
Los microorganismos requieren de intervalo de temperatura óptima en el que su actividad fisiológica es mayor y más efectiva: 15 – 40 °C para los microorganismos mesófilos y de 40 – 70 °C para los termófilos (Suler y Col., 1977).
Miyatake y col. (2006) expresa que: “el síntoma más claro de la actividad microbiana es el incremento de la temperatura de la masa que se está compostando, por lo que la temperatura ha sido considerada tradicionalmente como una variable fundamental en el control del compostaje”
Bueno (2004) precisa; Al disponer los residuos orgánicos al proceso de compostaje y cuando las condiciones son adecuadas inicia la actividad microbiana y donde la materia orgánica al inicio está a la misma temperatura. La evolución de la temperatura representa una variable de control muy importante, pues se ha comprobado que pequeñas variaciones de temperatura afectan más a la actividad microbiana que cambios de la humedad, pH o C/N.
observado que las velocidades de crecimiento se duplican aproximadamente con cada subida de 10 °C de temperatura, hasta llegar a la temperatura óptima. En la figura 5, se muestra un área de color rojo, es el lugar donde alcanzan temperaturas altas.
Fuente: Jaramillo y Zapata (2008)
Figura 5: Zonas de concentración de temperaturas altas
2.2.6.2 Humedad
Aprolab (2007) menciona que la humedad es requerida por los microorganismos para el desarrollo de la actividad metabólicas, además, es utilizado como medio de transporte de nutrientes. Sin embargo una deficiente humedad afectaría a la actividad fisiológica de los microorganismos, así mismo la humedad excesiva de la cavidad intersticial, provoca el enfriamiento y dificultando la difusión del oxígeno. Para ello la humedad óptima en la pila de compostaje es de 50 – 70 %.
OPS (1999) afirma; El contenido en humedad de los residuos orgánicos son muy variable tal es el caso de las excretas y estiércoles, donde el contenido en humedad está íntimamente relacionado con la dieta. Si la humedad inicial de los residuos es superior a un 50% necesariamente debemos buscar la forma de que el material pierda humedad antes de conformar las pilas o camellones. (p.23)
La humedad se considera como uno de los parámetros de control muy importantes para las necesidades fisiológica de los microorganismos y lograr la optimización del compostaje. Esto se debe a que el agua es el medio de transporte de los nutrientes que sirven como energía a los microorganismos. La humedad óptima es de 50 a 70%. Sin embargo la actividad biológica decrece cuando la humedad se encuentra por debajo del 30% y cuando la humedad es mayor al 70% el agua desplaza el aire de los espacios libres existentes entre las partículas, reduciendo la transferencia de oxígeno, originando malos olores y el retardo de la estabilización del proceso (Álvarez, 2010).
Durante el proceso de estabilización es importante evitar la humedad excesiva, porque el oxígeno es desplazado de los espacios y el proceso pasa a ser anaerobio. Sin embargo cuando la humedad es baja decrece la actividad de los microorganismos, provocando un retraso o se vuelva lento la estabilización. Se consideran que los niveles óptimos de humedades esta entre 40 y 60%, estos dependen de los tipos de material a utilizar (Jaramillo & Zapata (2008). En la tabla 3 se nuestra los rangos óptimos de humedad.
Tabla 3:
Rango ideal de control de humedad
Fuente: (Jaramillo y Zapata, 2008).
Elaborado: por el investigador
2.2.6.3 pH
los grupos fisiológicos. Valores de pH inferiores a 5.5 (ácidos) inhiben el crecimiento de la gran mayoría de los grupos fisiológicos. Valores superiores a 8 (alcalinos) también son agentes inhibidores del crecimiento haciendo precipitar nutrientes esenciales del medio de forma que no son asequibles para los microorganismos. Durante el proceso de compostaje se produce una sucesión natural del pH que es necesaria para el proceso y que es acompañada por una sucesión de grupos fisiológicos. (p.24)
El pH del sustrato es importante para el desarrollo de los microorganismos, el rango ideal esta entre 6 y 8. Sin embargo cuando el pH excede de 8 se debe disminuir mediante la adición de azufre al suelo en cambio si el pH es menor a 6 se puede incrementar mediante la incorporación de carbonato de calcio o hidróxido de calcio al compost (Orosco y Soria, 2008).
FAO (2013) afirma; El pH del compostaje depende de los materiales de origen y varía en cada fase del proceso (desde 4.5 a 8.5). En la primera fase del proceso, el pH se acidifica por la formación de ácidos orgánicos. En la fase termófila, debido a la conversión del amonio en amoniaco, el pH sube y se alcaliniza, para finalmente estabilizarse en valores cercanos al neutro. En la tabla 4 se observa los rangos ideales del pH. (p.29)
Tabla 4:
Rango ideal de control de pH
2.2.6.4 Aireación
Ekinci y col. (2004) afirma; Para el correcto desarrollo del proceso es necesario asegurar la presencia de oxígeno, ya que los microorganismos que en él intervienen son aerobios. Las pilas de compostaje presentan porcentajes variables de oxígeno en sus espacios libres; la parte más externa contiene casi tanto oxígeno como el aire (18-20%); hacia el interior el contenido de oxígeno va disminuyendo, mientras que el de dióxido de carbono va aumentando, hasta el punto de que a una profundidad mayor de 60 cm el contenido de oxígeno puede estar entre 0,5 y 2%.
FAO (2013) precisa; El compostaje es un proceso aerobio y se debe mantener una aireación adecuada para permitir la respiración de los microorganismos, liberando a su vez, dióxido de carbono (CO2). Así mismo, la aireación evita que el material se compacte o se encharque. Las necesidades de oxígeno varían durante el proceso, alcanzando la mayor tasa de consumo durante la fase termofílica. En la tabla 5, se observa los rangos ideales de aireación. (p.25)
Bidlingmaier (1996) enfatiza que: “Una aireación insuficiente provoca una sustitución de los microorganismos aerobios por anaerobios, con el consiguiente retardo en la descomposición, la aparición de sulfuro de hidrógeno y la producción de malos olores” (p.71).
Zhu (2006) precisa: Que el exceso de ventilación podría provocar el enfriamiento de la masa y una alta desecación con la consiguiente reducción de la actividad metabólica de los microorganismos”.
Tabla 5:
Rango ideal de control de aireación
La aireación del compostaje es la técnica de control más usado en el desarrollo de la calidad del mismo. Se usa para modificar las condiciones de la masa evitando condiciones que son desfavorables para el crecimiento, desarrollo de los microrganismos. El oxígeno es esencial para el metabolismo y la respiración de los microorganismos aerobios y para oxidar las moléculas presentes en los residuos orgánicos (Epstein, 1997).
Durand y otros (1988) precisa “la aireación en un sistema de compostaje tiene cuatro objetivos principales: mantener condiciones aerobias, retirar el dióxido de carbono, regular la temperatura del sustrato y regular el nivel de humedad del sustrato”.
a) Aireación pasiva o natural
Difusión molecular; el proceso de compostaje está sometido al ambiente.
Sin embargo este proceso implica el suministro del aire desde el exterior del camellón de compostaje, liberando CO2 hacia el ambiente exterior. Esta técnica de aireación tiene un escaso efecto en el proceso de compostaje (Haug, 1993 y Miller, 1991).
Viento; esta técnica de compostaje se encuentran al aire libre, donde
la incidencia de las ráfagas de viento sobre los camellones de compostaje, poniendo en evidencia dicha influencia de la aireación. Esta técnica de aireación no ha sido estudiada en profundidad y está basada en la observación empírica (Rynk & Richard, 2004).
“Convección térmica; esta técnica es el principal responsable de la
aireación pasiva en la mayoría de sistemas de compostaje” (Lynch y Cherry, 1996).
b) Aireación forzada
Esta técnica de aireación puede ser continua, incrementando o disminuido cuando sea necesario, o bien intermitentemente, según su necesidad. El aporte continuo reduce la fluctuación de los niveles de temperatura y O2 de la masa a compostar provocando, una excesiva sequedad y bajas temperaturas (Citterio y col, 1987).
La aireación forzada en sustratos estáticos ha demostrado favorecer los procesos de compostaje aumentando su eficacia y la calidad del producto final (Stentiford, 1996). Otros estudios han mostrado que en lechos fijos sin aireación forzada el oxígeno desaparece de las capas interiores del residuo en tiempos extremadamente cortos (Epstein, 1997).
En dependencia de la combinación y configuraciones de los materiales a descomponer, estos métodos pueden resultar más o menos eficientes según sea el caso. Sin embargo, en cualquier sistema la remoción evaporativa de calor es el método más eficiente (Trevelyan, 1974), la misma puede remover un 80% del calor generado por el crecimiento, sin embargo, el enfriamiento evaporativo debe estar acompañado de un abastecimiento de agua (Sato, 1982).
En este caso empleando la aireación forzada se garantiza un medio aeróbico durante todo el proceso. Al hablar de aireación forzada, se entenderá que el sistema de aireación incluirá una máquina que genere movimiento del aire, por lo general un ventilador centrífugo, mismo que dependerá de las características deseadas por el diseñador del sistema de compostaje.
c) Aireación controlada
Biddlestone y otros (1985) estudiaron diariamente la concentración de oxígeno durante el proceso de compostaje y observaron que el consumo de oxígeno depende de la actividad microbiana, que es máxima durante los primeros 7 o 10 días del proceso dependiendo del residuo y la técnica utilizada, y disminuye drásticamente después de ese periodo (Epstein, 1997).
La demanda de oxígeno durante el proceso de compostaje puede variar alrededor del 40-50 % entre la fase de mayor consumo y la fase final de maduración (Bari y Koenig, 2001). Las estrategias de control en sistemas aireados de compostaje son muy variadas. La temperatura y la concentración de oxígeno son las variables más características. Sin embargo también se ha controlado el contenido de humedad. El valor de estos parámetros se aprovecha para controlar el flujo de aireación, bien a través de ventiladores de velocidad regulable o de control de los intervalos de operación de ventiladores con velocidad constante, que permiten optimizar el proceso a través de la remoción de calor.
d) Necesidad de aireación del material
El suministro de aire posee tres funciones (Haug, 1993):
Suministro de oxígeno a los microorganismos encargados de la descomposición aerobia.
Remoción del exceso de humedad en el material.
Remoción de calor producto de la descomposición para, controlar la temperatura del proceso.
e) Suministro uniforme de aire a lo largo de los camellones de
compostaje
espaciamiento de los agujeros de salida de aire a lo largo de la longitud del conducto, de manera que el aporte de aire de ventilación es similar, independientemente de la distancia desde el ventilador (Finstein & otros, 1985).
2.2.6.5 Espacios de aire libres
Hoitink y col. (1995) afirma; Siendo el compostaje un proceso biológico de descomposición de la materia orgánica, la presencia de agua es imprescindible para satisfacer las necesidades fisiológicas de los microorganismos, ya que el agua es el medio de transporte tanto de las substancias que sirven de alimento a las células, como de los productos de deshecho de la reacción. La humedad de la masa de compostaje debe ser tal que el agua no llegue a ocupar totalmente los poros de dicha masa y permita la circulación tanto del oxígeno y otros gases.
Shulze (1962) expresa; Que se utilizó por primera vez el concepto de Espacio de Aire Libre (Free Air Space, FAS), adoptado de la ciencia del suelo, que relaciona los contenidos de humedad (H), la densidad aparente (Da), la densidad real (Dr) y la porosidad (P), es decir, que tiene en cuenta la estructura física de los residuos.
2.2.7 Parámetros Relativos a la Naturaleza del Sustrato
2.2.7.1 Tamaño de partícula (sustrato)
“Las dimensiones consideradas óptimas son distintas según los criterios de distintos autores, variando entre 1 y 5 cm, 2 y 5 cm y 2,5 y 2,7 cm respectivamente” (Haug, (1993), Kiehl, (1985), Tchobanogolus y col., (1994)).
Tabla 6:
Rango ideal de control de tamaño de partículas
Fuente: (Kiehl, 1985).
Elaborado: por el investigador
2.2.7.2 Relación Carbono - Nitrógeno
Jhorar y col. (1991) menciona; Para un correcto compostaje en el que se aproveche y retenga la mayor parte del C y N, la relación C/N del material de partida debe ser la adecuada. Los microorganismos utilizan generalmente 30 partes de C por cada una de N; por esta razón se considera que el intervalo de C/N teóricamente óptimo para el compostaje de un producto es de 25-35. En la tabla 7 se observa el rango ideal de la relación C/N para comenzar el compostaje es de 25/1 a 35/1.
Tabla 7:
Rango ideal de control de relación carbono/nitrógeno
La relación C/N varía en función del material de partida y esta relación se obtiene al dividir el contenido de C, sobre el contenido de N, de los materiales a compostar. Esta relación varía durante el compostaje, con una reducción continua desde el inicio hasta el final del proceso, varía desde 35:1 a 15:1.Para mayor información, ver Tabla 8.
Tabla 8:
Relación C/N de algunos materiales usados en el compostaje
Fuente: adaptado de PNUP – INFAT (2002). Elaborado: por el investigador
2.2.7.3 Nutrientes
Kiehl (1985) sostiene: “Que la característica más importante de los sustratos es su composición elemental. La utilidad agronómica de los residuos está en función de la disponibilidad de los elementos nutritivos que posee.
Castaldi y col. (2005) menciona: “que los microorganismos sólo pueden aprovechar compuestos simples, por lo que las moléculas más complejas se rompen en otras más sencillas (por ejemplo las proteínas en aminoácidos y estos en amoníaco) para poder ser asimiladas”.
Díaz y col. (2004) menciona: “Que entre el inicio y el final del proceso se produce un aumento de las concentraciones de los nutrientes, debido a la pérdida de materia orgánica”.
2.2.7.4 Materia orgánica
largas en otras más cortas los cuales se reagrupan para formar moléculas complejas dando lugar a los compuestos húmicos. En la segunda etapa, los sustratos más resistentes (ligninas) se van degradando lentamente y/o transformando en compuestos húmicos (Tomati y Col., 2000; Castaldi y Col., 2005).
Fuente: Haug, (1993).
Figura 6: Balance general de una pila de compostaje
2.2.8 Compost
Se considera que el compost es un abono orgánico que resulta de la transformación de los residuos orgánicos que han sido degradados bajo condiciones controlados (Guerrero, 1993).
El compost es considerado es el producto final del compostaje que sirve como alimento para la cadena trófica del suelo, con propiedades de control de enfermedades de las plantas. También constituye un factor de producción en los agro ecosistemas y un excelente protector y conservador del suelo (Fernández, 2004).
2.2.8.1 Ventajas del compost
Las ventajas del compost son (Peña & Col (2002):
Abono enriquecido con mayor contenido de nutrientes.
Mejora la estructura y textura del suelo
Favorece la aireación y la oxidación del suelo, haciendo mayor la actividad radicular.
Mejora la permeabilidad del suelo.
Aumenta la capacidad de retención de humedad en el suelo.
Evita el estrés hídrico en campo definitivo.
2.2.8.2 Valores aceptables de la calidad de compost
Montserrat (2002) menciona “Que la calidad es difícil de definir ya que ha de tener en cuenta múltiples aspectos y además puede ser siempre muy subjetivo”. Las características y valores aceptables se puede observar en las siguientes tablas.
Tabla 9:
Porcentaje de valores en compost
Fuente: CEPIS/OPS/OMS, Guía para el manejo de los residuos sólidos en ciudades pequeñas y zonas rurales. TCHOBANOGLOUS,
George, et al. Gestión integral de residuos sólidos. p.11 2.
La (OMS, 1985) ha establecido rangos ideales para la comercialización de
compost de sus diferentes propiedades. En la tabla 10 y 11, se puede observar
los valores y características aceptables para ser comercializado.
Tabla 10:
Propiedades generales de un compost para ser comercializado
Tabla 11:
Características químicas del compost
Fuente: Gotaas Harold y Manual para extensionistas, Promotores del campo.
Elaborado: por el investigador
2.2.9 Ventiladores
Valverde (2015) menciona; Un ventilador es una máquina rotativa, diseñada para mover un fluido de un lugar a otro. Es una máquina que transmite energía al fluido, proporcionando una presión necesaria para mantener así un flujo continuo del mismo, sin variar su densidad. Un ventilador está constituido por un motor de accionamiento, generalmente eléctrico, cuenta con sus propios dispositivos de control como arranque, regulación de velocidad, control de voltaje y revoluciones, polaridad, etc. y un propulsor giratorio que entra en contacto con el fluido, que transmite energía al mismo. El propulsor posee la forma de un rodete con álabes, en el caso de ventiladores del tipo centrífugo, o de una hélice con palas de silueta, en el caso de los axiales. (p.83)
2.2.9.1 Tipos de ventiladores
Los ventiladores se clasifican según dos criterios fundamentales:
a) Por la diferencia de presión estática.
Se refiere al rango de presiones con el que trabajan los ventiladores, se clasifican en:
Ventiladores de alta presión: 180<Δp>300mmca
Ventiladores de media presión: 90<Δp>180mmca