FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS RegiónXalapa
ESPECIALIZACIÓN EN DIAGNÓSTICO Y GESTIÓN AMBIENTAL
Evaluación de la composta producida en la Planta de Compostaje de Xalapa Veracruz
Proyecto de intervención para obtener el diploma de Especialista en Especialista en Diagnóstico y Gestión Ambiental
Presenta Abraham Méndez Alvarado Directora:
Dra. Clementina Barrera Bernal Julio de 2022
“Lis de Veracruz: Arte, Ciencia, Luz”
Universidad Veracruzana
Facultad de Ciencias Químicas Región Xalapa
Especialización en Diagnóstico y Gestión
Diagnóstico de la Composta de la Planta de Composta de Xalapa Veracruz
Proyecto de intervención para obtener el diploma de Especialista en
Diagnóstico y Gestión Ambiental Presenta:
Abraham Méndez Alvarado Directora:
Dra. Clementina Barrera Bernal Dr. Paulo Cesar Parada (Asesor) Dra. Ma. Teresa Leal Ascencio (Asesora) Mtro. Joaquín Jiménez Huerta (Asesor)
Dedicatoria y agradecimientos
Gracias a la Universidad Veracruzana, a todo su equipo de trabajo, especialmente a los docentes que me instruyeron en la licenciatura y que ahora me dan la oportunidad de progresar en mi futuro con esta especialidad, a sabiendas de que el objetivo de la misma es desarrollar actividades en beneficio y consideración del medio ambiente.
Gracias al Mtro. Francisco Martínez Tlapa, primer encargado de la planta de composteo que desde el 2018, cuando realicé mi tesis de licenciatura, nos brindó a los estudiantes su total apoyo y experiencia sobre la planta y el proceso que él hizo prosperar, a pesar de no ser retribuido o considerado en todas las ocasiones por los estudiantes.
Gracias a las personas que han aparecido en mi camino en un momento crucial para definir el resto de mi vida. Además de recordar mi gratitud a aquellos que me han abierto las puertas de un proyecto de vida al que otorgaré mi pasión y dedicación.
Por último, pero no menos, me agradezco a mí mismo por permitirme recuperar de forma tan radical de mis vivencias, teniendo que abrirme a nuevas oportunidades y desapegarme de mi pasado.
1
Índice
Índice ... 1
1. Introducción ... 3
2. Antecedentes ... 5
3. Planteamiento del problema ... 9
4. Objetivos ... 9
Objetivo general ... 9
Objetivos particulares ... 9
5. Justificación ... 10
6. Marco teórico ... 11
6.1. Residuos sólidos urbanos (RSU) ... 11
6.1.1. Disposición de los residuos sólidos urbanos ... 11
6.1.2. FORSU ... 12
6.2. Compostaje ... 13
6.2.1. Técnicas de compostaje ... 13
6.2.2. Fases del compostaje ... 15
6.3. Necesidades nutricionales de las plantas ... 17
6.3.1. Nutrientes esenciales de las plantas ... 17
6.3.2. Condiciones del suelo ... 18
6.3.3. Importancia de los macronutrientes ... 19
6.3.4. Importancia de los micronutrientes ... 21
6.4. Parámetros para el compostaje ... 22
6.4.1. Selección de materia prima ... 23
6.4.2. Parámetros fisicoquímicos ... 24
6.4.4. Límites permisibles para compostas ... 27
7. Marco contextual ... 32
Medio físico ... 33
Descripción del sitio ... 33
Descripción del proceso ... 34
8. Metodología ... 37
9. Resultados y discusión ... 39
9.1. Evaluación del tiempo de proceso y la ΔT ... 40
9.2. Evaluación de la humedad ... 43
2
9.3. Evaluación del pH ... 45
9.4. Evaluación de la CE ... 46
9.5. Evaluación de la relación C/N ... 48
9.6. Evaluación del IG ... 50
9.7. Evaluación de la composta ... 52
10. Conclusiones... 58
Referencias ... 59
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1. Introducción
Hasta el cierre del 2018 en México se generaban diariamente en promedio 107,055,547 kg de residuos sólidos urbanos (INEGI, 2020), de los que solo el 83.93% son recolectados y el 78.54% es dispuesto en rellenos sanitarios, de estos residuos alrededor del 52% es conformado por materia orgánica biodegradable (SEMARNAT, 2017).
Mientras que los residuos inorgánicos son potencialmente reciclables, los orgánicos fácilmente biodegradables pueden ser tratados biológicamente mediante la producción de composta, que es aplicada al suelo para proveer nutrientes, mejorar su actividad biológica, estructura y retención de agua.
Una de las formas más comunes de producción de composta es en pilas de volteo aerobias, poseen la ventaja de ser prácticas y más fiables en cuanto a destrucción de patógenos y otros elementos indeseables, además de poder formar montículos de alto volumen, lo que facilita su aplicación especialmente a una escala municipal.
Como una forma de aprovechar la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos en el municipio de Xalapa Veracruz, en el marco del programa nacional de la SEMARNAT
“Visión Basura Cero” (Rodríguez & López, 2020), en el 2018 se creó la Planta de Compostaje municipal, a cargo general de la Dirección de Medio Ambiente y Sustentabilidad (H. Ayuntamiento de Xalapa, 2020).
En la Planta de Compostaje se procesan residuos sólidos orgánicos de frutas, verduras y plantas de la central de abastos, negocios y jardineras de la ciudad para producir composta que, a la fecha, solo es ofrecida de forma gratuita a los interesados y utilizada en los viveros municipales.
Dicha composta se ha probado como benéfica por los usuarios, pero aún faltan los estudios pertinentes que identifiquen el estado en el que se encuentra, sus parámetros físicos y químicos específicos.
El proceso de producción fue bien practicado y aplicado por el primer encargado de la Planta, quien a pesar de no existir en Veracruz normatividad obligatoria, solicita la evaluación de la composta producida como parte de la mejora que realizan y tener un antecedente de sus propiedades antes de solicitar a futuro análisis recurrentes.
4 Gobiernos como Canadá y organizaciones internacionales como la Comisión Europea han desarrollado normatividad y guías sobre la producción de composta y análisis de su calidad, en México se cuenta con la norma oficial mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, la NADF-020-AMBT-2011 y la NMX-AA-SCFI-2018, juntas cuentan con bases ambientales para el análisis y consideraciones del producto de una planta de compostaje.
Este proyecto se busca evaluar la calidad de la composta producida en la Planta de Compostaje de Xalapa Veracruz, utilizando los procedimientos analíticos válidos recopilados en la norma obligatoria de la Ciudad de México (antes Distrito Federal) la NADF-020- AMBT-2011 para comparar sus características con los límites permisibles para el aprovechamiento de biosólidos de la NOM-004-SEMARNAT-2002 y los rangos de calidad que una composta debe cumplir según la NMX-AA-180-SCFI-2018.
De forma adicional y necesaria se consultarán la EPA de Estados Unidos, el CCME de Canadá y caracterizaciones similares, con el fin de evaluar su viabilidad como enmienda respecto al medio ambiente o incluso social, de este modo, poder realizar sugerencias con base a la bibliografía en beneficio del proceso.
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2. Antecedentes
A nivel nacional De Luna-Vega et al. (2015) realizaron en Guadalajara la evaluación agronómica de una composta orgánica producida en pilas de volteo con el fin de conocer si es apta para ser utilizada como sustrato o enmienda, haciendo énfasis en la importancia de su madurez y salinidad en la fitotoxicidad de las raíces de los cultivos.
La mezcla cruda consistió en partes iguales de residuos cítricos y estiércol de bovino adicionados con levadura de pan y azúcar, como una forma de proveer agua sin escurrimiento, el proceso se llevó a cabo en 36 días, posteriormente se realizó la caracterización fisicoquímica del producto (tabla 1) y debido a los buenos resultados obtenidos en el desarrollo de los cultivos se concluye un producto estable y benéfico.
Tabla 1 Propiedades de la composta preparada por De Luna-Vega et al.
PARÁMETRO Medición
pH 7.69
Conductividad eléctrica (dS/m) 2.46
Humedad (%) 41.6
Materia orgánica MO (%) 48.2
Cenizas (%) 76
Carbono orgánico (%) 16.5
Relación C/N 9.02
Nitrógeno total (%) 1.83
Fósforo total (%) 0.7
Potasio (%) 0.44
Sodio (%) 0.34
Índice de germinación 91
Fuente: Adaptada de De Luna-Vega et al., 2015.
Romero Arenas et al. en el 2019 produjeron en Puebla composta orgánica en contenedores abiertos con residuos de hongos comestibles con actinomicetos y levaduras disueltas en agua, después de 6 meses efectuaron la caracterización fisicoquímica del producto obtenido, la cual se muestra en la tabla 2, luego evaluaron su viabilidad como sustrato de plántulas de pino, determinando que se trata de un buen cosustrato con tasa de germinación del 90%.
6 Tabla 2. Propiedades de la composta preparada por
Romero Arenas et al. (2019), base seca.
PARÁMETRO Medición
pH 7.3
Conductividad eléctrica (dS/m) 3.82
Humedad (%) 33
Materia orgánica MO (%) 41.8
Carbono orgánico (%) 24.24
Relación C/N 21.27
Nitrógeno total (%) 1.14
Fósforo total 0.18
Potasio total (%) 0.8
Sodio (%) 0.03
Índice de germinación (combinado) 90 Fuente: Adaptada de Romero Romero Arenas et al., 2019.
A nivel internacional se encuentran estudios como el de Seal et al. (2012) que evaluaron el proceso llevado a cabo en una planta de compostaje en Darjeeling, India, con tres análisis semanales de temperatura, carbono orgánico, que indicó casi todo el consumo de la materia orgánica, humedad con disminución relativa a la descomposición y estabilización del pH, el proceso se dio en orden y por concluido en solo 21 días.
Además, realizaron 30 muestreos durante un año sobre la composta terminada siguiendo el mismo procedimiento (tabla 3) y los compararon con estándares del Consejo de Compostaje de Estados Unidos, del Estándar 4454 australiano y de la Asociación de Fertilizantes de India, concluyen la obtención de un producto de buena calidad en corto periodo de tiempo gracias a la solución Novcom aplicada.
Tabla 3. Rango y media de los parámetros más relevantes analizados por Seal et al. (2012), base seca.
PARÁMETRO RANGO MEDIA
Humedad (%) 46.42 a 63.04 59.91
pH 6.04 a 8.19 7.39
Conductividad dS/m 1.23 a 4.47 2.08
Carbono orgánico (%) 20.44 a 36.43 29.06
Nitrógeno total (%) 1.89 a 2.36 2.15
Fósforo P2O5 (%) 0.49 a 1.16 0.67
Potasio K2O (%) 0.62 a 1.57 1.11
Relación C/N 10.81 a 15.43 13.52
Bacterias totales (n/gr) (23-78) * 1016 65 * 1016 Índice de Germinación 0.88 a 1.72 1.37 Fuente: Adaptada de Seal et al., 2012.
7 De forma similar a lo que se realizó en este proyecto, Nafez et al. (2015) evaluaron la calidad de composta producida en una planta de Isfahan, Irán, realizada en pilas estáticas con volteos partir de lodos residuales con digestión anaerobia previa mezclados con desechos de poda frescos de parques y jardines o con hojas secas de árboles coníferos de la zona, encontraron que la mejor mezcla inicial es lodo residual y desechos de jardines frescos en proporción 1:3 debido a su relación carbono nitrógeno y porosidad.
Las compostas en las proporciones mencionadas cumplieron con los límites de contenido de metales y patógenos de la EPA, los parámetros relevantes analizados antes y después del tratamiento se presentan en la tabla 4.
Tabla 4. Resultados iniciales y finales de los parámetros más relevantes analizados por Nafez et al. (2015), base seca.
PARÁMETROS Lodos y desechos
frescos de poda (1:3) Lodos y hojas secas de árboles coníferos (1:3) Inicial Composta Inicial Composta
Humedad (%) 55.2 26.3 50.1 28.1
pH 7.6 7.5 7.6 7.9
Conductividad (dS/m) 6.16 2.19 5.31 1.2
Materia orgánica (%) 77.4 30.3 81.9 46.4
Relación (C/N) 41.3 10.5 48.8 15
Coliformes fecales (NMP/gr) 3.83 * 106 No
detectados 3.31 * 106 No detectados Salmonella spp. (NMP/gr) 3.3 * 102 No
detectados 3.48 * 102 No detectados
Índice de germinación (%) 30 90 0 70
Cd (mg/kg) 1.5 1.28 3 2.8
Cr (mg/kg) 113 31 67 26
Cu (mg/kg) 149 89 236 103
Ni (mg/kg) 72 33 59 40
Pb (mg/kg) 110 72 125 45
Zn (mg/kg) 1236 430 1332 500
Fuente: Adaptada de Nafez et al., 2015.
Del mismo modo a los anteriores autores, utilizando la mayoría de los parámetros recomendados por la EPA, Al-Sari et al. (2018) diagnostican la calidad de 20 compostas formadas con estiércol y desechos vegetales de diferentes proveedores en Palestina y son comparados con los límites y estándares de Jordania al ser un lugar con rangos estipulados y tipo de suelo similar.
Los análisis comparados con Jordania fueron: NT, C/N, Humedad, MO, CE y pH; los restantes fueron comparados con otros estándares y bibliografía: Cl, Ca, Mg, S, K, Pb, Mn, Cr, Co, Ni, Cd, Zn, en general encontraron una buena calidad y solo 3 no cumplieron los requisitos en concentraciones de elementos traza.
8 En su investigación los autores también realizan una encuesta a productores agrícolas para conocer los motivos que afectan a la aceptación de la composta sobre los fertilizantes inorgánicos y encuentran que más del 90% mostró interés en el uso de composta después de explicarles sus beneficios y concientización en la materia, encontrando que las malas experiencias debido a su baja calidad perjudicaron su imagen.
De las 20 compostas analizadas, solo 6 tienen información de todos los parámetros relevantes para este proyecto, en la tabla 5 se muestran los resultados.
Tabla 5. Resultados de los parámetros más relevantes de 6 compostas distintas, su rango y promedio, analizados por Al-Sari et al. (2018), base seca.
PARÁMETROS 1 2 3 4 5 6 Rango total Media
total
pH 7.10 8.88 7.12 7.180 7.25 8.10 6.56 a 8.88 7.6
Conductividad
(dS/m) 15.80 9.50 14.30 2.40 10.12 7.70 2.4 a 15.8 8.8
Materia orgánica
(%) 27.0 56.4 42.6 5.74 26.6 32.3 5.74 a 56.4 27.8
Nitrógeno total
(%) 2.3 2.6 1.5 5.5 0.08 2.0 0.08 a 2.6 1.34
Relación (C/N) n/d 12.69 16.80 n/d n/d 9.00 4 a 16.8 10.0
Fósforo (PO4)
(%) 240.0 2961.8 2048.3 1354.9 1661.3 32.8 32.5 a 2961.8 1592.8 Potasio (ppm) 4440 6175 5250 6000 12000 1250 635 a 18000 5748.2 Cd (mg/kg) 13.75 17.50 19.00 17.50 21.00 23.00 13.75 a 23.00 18.63 Cr (mg/kg) 46.75 81.50 66.00 58.25 56.25 48.75 46.75 a 81.50 59.58 Ni (mg/kg) 24.78 14.55 24.40 22.88 14.08 21.48 14.08 a 24.78 20.36 Pb (mg/kg) 33.00 44.25 48.75 35.00 30.25 36.75 30.25 a 48.75 38.00 Zn (mg/kg) 390.25 362.75 351.00 388.25 379.00 288.25 288.25 a 390.25 359.92 Fuente: Adaptada de: Al-Sari et al., 2018.
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3. Planteamiento del problema
Diariamente entre 1 y 10 toneladas de composta orgánica son producidas en la Planta de Compostaje de Xalapa Veracruz a partir de residuos biodegradables clasificados dentro de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos, este producto, que se distribuye de forma gratuita y voluntaria a los interesados, no cuenta con información sobre su calidad y composición.
Si bien, no existe normatividad legal estatal o nacional que regule sus características, éstos pueden presentar afectación sobre los suelos aplicados, flora, fauna y salud de las personas que la manipulan al compararla con los límites permisibles de patógenos y metales pesados de la NOM-004-SEMARNAT-2002 sobre la disposición de los biosólidos en suelos.
Adicionalmente, no disponer de sus parámetros como el pH, conductividad, C/N y fitotoxicidad, puede resultar en la aplicación de un producto perjudicial para los cultivos o de bajo rendimiento comparado con otras enmiendas, lo que no satisface las recomendaciones de la NMX-AA-180-SCFI-2018 referente a compostas de residuos sólidos urbanos, dificultando además el objetivo de aprovechamiento y mejora del proceso de manufactura.
4. Objetivos
Objetivo general
Evaluar la calidad de la composta producida en la planta de compostaje de Xalapa Veracruz.
Objetivos particulares
• Analizar los parámetros fisicoquímicos de la composta utilizando los procedimientos válidos establecidos en la NADF-020-AMBT-2011.
• Comparar los parámetros de la composta con los límites y características en antecedentes, bibliografía y los establecidos en la NOM-004-SEMARNAT-2002 y la NMX-AA-180-SCFI-2018 para determinar su calidad.
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5. Justificación
Dado que en la planta de compostaje se recupera materia orgánica y nutrientes de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos, la determinación y documentación de sus parámetros mediante los análisis recopilados en la NADF-020-AMBT-2011 referentes a este tipo de compostas servirá para conocer si representa algún peligro de sanidad humana o afectación al suelo respecto a la NOM-004-SEMARNAT-2002.
También servirá para detallar si resulta fitotóxica o de baja calidad para los cultivos respecto a los parámetros de la NMX-AA-180-SCFI-2018, con lo que, en caso de incumplimiento con alguna, advertir al encargado en curso y sugerir mediante una inspección del proceso la posible causa para tomar acciones correctivas.
La información recabada, si cumple ambas normativas mexicanas, servirá para tener un margen de aplicación y un acercamiento de su calidad, que son de suma importancia ya que esta representa una recuperación de alrededor el 18% de los residuos sólidos orgánicos de la ciudad (H. Ayuntamiento de Xalapa, 2021).
El conocimiento del estado de la composta coadyuvará a mejorar el proyecto de la planta de compostaje para estar en línea con el objetivo de la administración y con el programa federal de la SEMARNAT “Visión Basura Cero” donde se plantea el uso apropiado de residuos a nivel nacional en lo que se conoce como economía circular para el aprovechamiento racional de los recursos naturales (SEMARNAT, 2019).
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6. Marco teórico
6.1. Residuos sólidos urbanos (RSU)
Según la NOM-083-SEMARNAT-2003, los RSU son aquellos que resultan de la eliminación de los materiales que se utilizan en actividades domésticas, productos consumidos y sus envases, embalajes o empaques; los residuos que provienen de cualquier otra actividad dentro de establecimientos o en la vía pública que genere residuos con características domiciliarias, y los resultantes de la limpieza de las vías y lugares públicos.
Como menciona la CEPAL (2019) los residuos sólidos se clasifican en; urbanos, con características proveniente de casa habitación no peligrosos; peligrosos, aquellos que ponen en riesgo personas y medio ambiente; de manejo especial, aquellos que no son ni urbanos ni peligrosos o que son producidos por grandes generadores de residuos.
Entre su composición, la proporción orgánica contrasta con el nivel de ingresos de la población, tendiendo a ser menor a mayor nivel económico. En la figura 1 se muestra la composición de los residuos sólidos en un país con ingreso medio-alto, como es el caso de México.
Figura 1. Composición de los residuos sólidos de una economía Media-alta.
Fuente: Adaptada de CEPAL, 2019.
6.1.1. Disposición de los residuos sólidos urbanos
Según Srivastava et al. (2015), entre las prácticas más comunes de disposición de los residuos sólidos urbanos a nivel mundial se encuentran:
Relleno: Espacio de tierra sin ingeniería de control de contaminación, la basura se esparce y a veces se le agrega capas de tierra encima.
12 Relleno sanitario: Espacios adaptados y manejados para evitar la dispersión de contaminantes, constan de módulos o celdas bajo el nivel de la tierra, la basura se reparte y aplasta en capas, con fondos impermeables, pozos de muestreo e infraestructura de captura de escurrimientos para darle algún tratamiento.
Reciclaje: Estrategia de separación de los residuos no biodegradables para llevarlos a su reintegración en procesos industriales.
Incineración controlada: Es la combustión de residuos que toma lugar en calderas especiales a 850°C, usado para la recuperación simultánea de energía cuando los residuos poseen humedad menor al 50% y poder calorífico mayor a 5 MJ/kg.
Tratamiento biológico: Manejo de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) donde se utiliza la degradación efectuada por microorganismos.
6.1.2. FORSU
La fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos es una mezcla de componentes naturales como restos de frutas y verduras; de jardines como hojarasca, follaje, de florerías; incluyen elementos procesados como aceites quemados, alimentos cocinados, restos cárnicos, etc., esto vuelve la mezcla más compleja, por lo que, en el caso del compostaje, suelen ser tratados solo los residuos naturales (Sáez & Urdaneta, 2014).
Entre los tratamientos biológicos efectuados sobre la FORSU se encuentra el compostaje, lombricompostaje, y digestión anaerobia, con el objetivo de hacer a la fracción orgánica biológicamente no activa (estabilizarla) y además obtener algún beneficio de valor agregado como lo es la composta o el biogás (Li et al., 2019).
El uso de la FORSU como nueva materia prima es una práctica en crecimiento, sobre todo en países desarrollados, que está dirigida a reducir la producción de basura usando conceptos como “cero residuos” o “sistemas de manejo integral” que incluye la recolección ordenada, reciclaje y tratamiento biológico, considerándolo los residuos como materia prima (NIUA, 2015).
13 La FORSU incluso siendo completamente natural, también acarrea problemas de contaminación, malos olores, generación de plagas y focos de infección que afectan la salud de los seres vivos cuando no es dispuesta de forma correcta, usualmente debido a la falta de separación o mezcla con los residuos no biodegradables y de difícil degradación, lo que conlleva una mayor dificultad o imposibilidad de realizar tratamientos biológicos, esto causado por la falta de cultura o actuación social (Martínez et al., 2014).
6.2. Compostaje
De acuerdo con Misra et al. (2003) y Haug (2018), el compostaje es un tipo de tratamiento biológico dado a los residuos orgánicos, con el objetivo de estabilizarlos y degradarlos a sustancias benéficas para las plantas.
Consiste en fomentar el desarrollo de microorganismos con el fin de descomponer la materia orgánica, aprovechar el alto calor metabólico para destruir patógenos y semillas de cultivos no deseables e incluso patógenos, al final formar ácidos húmicos y fúlvicos que proporcionan nutrientes, vitaminas y oligoelementos a las plantas.
De este modo el término compostaje se refiere en la mayoría de los casos al proceso aerobio. Aunque la estabilización puede llevarse a cabo también sin presencia de oxígeno, el compostaje aerobio es más usado debido a su rapidez, conveniente generación de calor y menor toxicidad a las plantas.
Al producto final del compostaje se le llama composta o compost y su uso sobre suelos de cultivo además mejora la retención de agua por adsorción, fomenta el crecimiento de la flora microbiana natural de las plantas, útil en la fertilidad del suelo, todo derivado de procesos naturales que evitan la necesidad de utilizar agroquímicos.
6.2.1. Técnicas de compostaje
Los sistemas de compostaje aerobio más usados incluyen ya sea la homogeneización en un solo montículo, la formación en capas y combinaciones de materia orgánica de distinta procedencia con o sin inóculo, control de humedad o temperatura.
14 El compostaje puede ser clasificado en abierto, como las pilas con volteo, aireación forzada y estáticas, o en sistemas cerrados, como reactores verticales y horizontales los más comunes son los tres primeros (Calcina, 2015).
Pilas estáticas: Son la forma más simple de compostaje, la materia orgánica se amontona a lo alto evitando comprimirla (figura 2).
Figura 2. Pila estática de compostaje.
Fuente: Fernández, 2018.
A través de la pila fluye aire por convección debido al perfil de temperatura creado por la actividad metabólica de la pila, que es mayor en el interior debido a que el incremento de temperatura favorece la actividad de los microorganismos (figura 3).
Figura 3. Representación de los tipos de respiración microbiana.
Fuente: Calcina, 2015.
15 Se trata de un proceso con pocas complicaciones, normalmente se utiliza con residuos sólidos urbanos, hojarasca y estiércol, con la normal producción de escurrimiento, que usualmente no toma importancia, dejando que infiltre en la zona de preparación.
Pilas con volteo: Al igual que la anterior se forma una pila con los residuos biodegradables, pero se remueve periódicamente para homogeneizar la mezcla, con esto se intenta que todo el producto haya sido expuesto a la alta temperatura que ocurre en el interior y se mejore la aireación al despejar obstrucciones o cúmulos. Los volteos suelen efectuarse cada 6 a 10 días y hacen más efectivo el proceso, su consumo de energía es muy bajo.
6.2.2. Fases del compostaje
De acuerdo con Román et al. (2013) y Dincă (2019) se identifican cuatro etapas durante el proceso de compostaje de acuerdo con la temperatura y pH, parámetros que indican indirectamente la actividad microbiana en la pila, las fases son; mesófila, termófila, mesófila II y maduración; en la figura 4 se presenta la curva características de temperatura y pH de una pila de compostaje sin volteo.
Figura 4. Evolución de pH y temperatura en una pila de composta.
Fuente: Román, 2013.
16 Estas fases toman de base la actividad metabólica de los microorganismos predominantes; del tipo mesófilo, que desarrollan sus actividades metabólicas de forma correcta entre 20°C a 45°C y del tipo termófilos, que funcionan de forma óptima cuando superan los 45°C.
Para que las fases ocurran de forma correcta se debe tratar de mantener un flujo de aire, o simplemente librar de obstrucciones, para proporcionar suficiente oxígeno, de 15%- 20%, si es necesario agregar agua a fin de mantener humedad entre 45%-60%, la temperatura y pH suelen autorregularse, su rango de operación debe ser de 40°C-65°C y 5.8-7.2 de pH, todos estos factores dependen además del clima, tipo de materia orgánica tratada y su estructura.
Fase mesófila: Primero se lleva a cabo la metabolización de la materia orgánica (MO) más sencilla por los microorganismos mesófilos, produciendo CO2, NH3 y H2O, calor entre los 30 °C a 45 °C y descomposición a ácidos orgánicos que provoca una disminución de pH a entre 4 y 4.5, la duración de la fase es de 2 a 8 días.
Fase termófila: Cuando sube por encima de los 45°C, en especial por encima de los 60°C los microorganismos termófilos comienzan la degradación de MO más compleja como la lignina y celulosa (realizado por actinobacterias y bacterias de esporas), además de transformar más nitrógeno en NH3, desde los 55°C ya comienza la destrucción de patógenos, semillas indeseadas y esporas de hongos, por lo que también se conoce a esta fase como
“higienización”.
Fase mesófila II o de enfriamiento: Ocurre cuando ya se ha agotado la mayor cantidad de alimento o MO, lo que provoca una disminución de la temperatura y de nuevo la ocupación de microorganismos mesófilos, la temperatura entre 40-45°C, el pH ya se estabilizó a neutro o ligeramente alcalino, la apariencia de la pila es similar al producto ya terminado, esta fase puede durar varias semanas.
Fase de maduración: Ya prácticamente no hay descomposición, pero sí reacciones secundarias de polimerización y formación de ácidos húmicos y fúlvicos que mejoran eficientemente la fertilidad del suelo, es la fase final y su temperatura es la ambiental, pudiendo durar meses, finalmente convirtiéndose en composta.
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6.3. Necesidades nutricionales de las plantas
De acuerdo con la FAO (1984) las plantas son seres autótrofos, es decir, producen su propio alimento para satisfacer su desarrollo, a partir de agua, dióxido de carbono del aire, energía solar y componentes inorgánicos provenientes del suelo.
Mientras que el carbono, hidrógeno y oxígeno provienen del agua y aire, de todos los elementos encontrados en el suelo, 13 son indispensables para las plantas: nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio, azufre, hierro, zinc, manganeso, cobre, boro, molibdeno y cloro.
Algunos elementos no son esenciales, pero muestran beneficio o estimulan a ciertas plantas cuando están presentes, entre ellos, el cobalto, sodio, silicio e incluso vanadio.
6.3.1. Nutrientes esenciales de las plantas
Los elementos esenciales de consumo masivo por las plantas son llamados macronutrientes, de éstos, los de mayor necesidad o primarios, son: nitrógeno, fósforo y potasio; los de menor consumo, o secundarios, son el calcio, magnesio y azufre; el resto que son requeridos en tan pequeña cantidad son llamados elementos traza o micronutrientes, como el hierro, zinc, manganeso, cobre, boro, molibdeno y cloro (Mengel et al., 2001).
Algunas especies pueden obtener parte del nitrógeno necesario a partir de su fijación desde el aire, pero en general es necesario un suelo productivo con todos estos elementos esenciales en una proporción balanceada y forma asimilable por las plantas (tabla 6), los desbalances pueden inhibir su desarrollo.
Fuente: Adaptada de FAO, 1984.
Tabla 6. Nutrientes esenciales y su forma aprovechable para las plantas.
Nutrientes
primarios Forma
Química Nutrientes
Secundarios Forma
Química Micronutrientes
o elementos traza Forma Química Nitrógeno NH4+, NO3- Calcio Ca2+ Hierro, Zinc Fe2+, Fe3+,
Zn2+
Fósforo HPO4-,
H2PO4- Magnesio Mg2+ Manganeso, cobre Mn2+, Mn3+, Cu2+
Potasio K+ Azufre SO42- Boro, molibdeno, cloro BO32-, MoO42-
, Cl-
18 6.3.2. Condiciones del suelo
Un buen suelo proporciona medio de soporte, retiene agua, amortigua y conserva la temperatura, permite la distribución de raíces con facilidad y posee nutrientes en forma asimilable, en él intervienen procesos bioquímicos fomentados por flora bacteriana en el espacio próximo a las raíces o rizosfera (figura 5), particularmente importante en la asimilación de nitrógeno, azufre y fósforo (Bünemann et al., 2018)
Figura 5. Esquema de la rizosfera.
Fuente. Adaptada de MicrobeWiki, 2011.
PH del suelo: El pH es un factor importante en las reacciones bioquímicas en el suelo, influencia directamente la disponibilidad o solubilidad de nutrientes del suelo, fósforo en especial, deja de estar disponible entre pH 6.5 y 7.5 (figura 6), el grado de alcalinidad o acidez está controlado por la relación entre iones hidrógeno H+ y cationes básicos como Ca2+, Mg2+, K+ y Na+ que incrementan el pH (Neina, 2019).
Figura 6. Disponibilidad de nutrientes del suelo según su pH.
Fuente: Adaptada de AgroBest, 2015.
19 Materia orgánica: Un suelo debe poseer un porcentaje relativamente pequeño de materia orgánica, derivado de residuos de plantas y otros seres vivos, que al ser descompuestos por las bacterias nativas dejan subproductos en forma de masa amorfa color entre café y negro conocida como humus (McCauley et al., 2009).
El beneficio del humus al suelo incluye la captura de partículas finas que dan más soporte, mejora de aireación al tener mayor porosidad, incremento de retención de agua y nutrientes (la mayoría del N, P y S naturales existen en forma orgánica), suministro de promotores de crecimiento y ácidos orgánicos.
6.3.3. Importancia de los macronutrientes
Como describen Wiedenhoeft (2006) & Tripathi et al. (2014) los nutrientes esenciales más importantes por su consumo y disponibilidad, que son requeridos por todas las plantas son:
nitrógeno, fósforo, potasio, azufre, calcio y magnesio, a continuación, se realiza una síntesis de su importancia para las plantas.
Nitrógeno: Es el de mayor consumo, como en otros organismos, es el componente de aminoácidos, ácidos nucleicos y es clave en la estructura de la clorofila, la fuente más grande de nitrógeno es el aire, donde abarca el 78% de la atmósfera, bajo la forma de nitrógeno molecular o N2.
El nitrógeno es principalmente transformado por bacterias llamadas nitrificantes en tres formas necesarias para las plantas, nitrato nitrito y amonio. Su deficiencia es comúnmente observada como clorosis y ocurre primero en los tejidos maduros, reduciendo el vigor general y productividad de la planta al limitar su metabolismo.
Fósforo: Es el segundo en ser consumido, especialmente limitante en algunos suelos de regiones tropicales y suelos degradados, causado por su facilidad a ser lavado y desplazado a partes profundas con las lluvias debido a su solubilidad.
Es el principal elemento del metabolismo, almacenaje y transporte energético, componente estructural de la membrana celular, ácidos nucleicos, entre otros, su fuente mayoritaria son los mismos minerales en la corteza terrestre, generalmente fosfatos, que no forman complejos con el suelo, razón de su fácil pérdida.
La deficiencia de fósforo es observada como oscurecimiento de hojas, aparecimiento de heridas, lesiones necróticas y otros síntomas.
20 Potasio: La mayoría de las plantas lo requieren en cantidades relativamente altas, es un componente mayoritario de la mayoría de los suelos, activamente absorbido por las raíces, después de ser degradado de silicatos de potasio y aluminio en el suelo.
Funge como catión intercambiable en el complejo de intercambio catiónico del suelo, es el principal componente en la ósmosis y dinámica de la membrana celular, además de su importancia en la activación y regulación de enzimas.
Cuando es tomado por las plantas y estas mueren, retorna como forma soluble, donde debe ser capturado rápidamente por plantas antes de que sea lavado y desplazado, la deficiencia de potasio es generalmente observada como lesiones necróticas después de un periodo corto de clorosis, del mismo modo que el nitrógeno, afecta primero a las partes maduras, en algunos cultivos puede llegar a ser sustituido por sodio.
Azufre: El azufre cumple roles críticos en la estructura de aminoácidos y componentes de la cadena transportadora de electrones en la respiración celular y enzimas, encontrado principalmente como sulfato en el suelo y proviene de los materiales parentales y también capturado por lluvia ácida derivada de subproductos de la combustión de combustibles fósiles.
Su deficiencia a menudo presenta síntomas como clorosis y estancamiento en el crecimiento, a diferencia del nitrógeno y potasio, las partes jóvenes son primeramente afectadas, ya que su movilización dentro de las plantas es muy difícil.
Calcio: Funge un importante papel en la estructura e integridad de la membrana celular y sus interacciones, transducción de señales extracelulares. Proviene de fuentes geológicas y degradación de materiales en el suelo, forma parte mayoritaria del complejo de intercambio catiónico del suelo.
Es especialmente susceptible a un bajo pH, aunque antes es más rápida una intoxicación por otros metales que se vuelven solubles, como el aluminio. Su deficiencia es observada como una falla en el desarrollo o muerte de nuevos brotes y raíces.
Magnesio: Se relaciona íntimamente en las funciones intracelulares, es el mineral más importante en la activación de enzimas, forma el centro estructural de la clorofila y se relaciona en la síntesis de ácidos nucleicos.
21 Como otros minerales, proviene de la degradación de materiales parentales del suelo y forma parte de su complejo de intercambio catiónico, el magnesio disminuye su solubilidad con pH alto y bajo, igual que el calcio, cuando el pH es bajo suele ocurrir toxicidad por otros metales. Dada la variedad de roles críticos en los que forma parte, no hay un patrón específico para observar su deficiencia, aunque también afecta primero las partes maduras.
6.3.4. Importancia de los micronutrientes
Como explican Tripathi et al. (2015), los micronutrientes suelen ser ignorados por los productores al ser requeridos en muy pequeña cantidad por las plantas, no obstante, su alta concentración resulta tóxica. Su función ha sido bien documentada y a continuación, se presenta una síntesis de los más importantes.
Boro: Es asimilado bajo la forma de ácido bórico, forma uniones con pectinas de la pared celular manteniendo la integridad estructural y participa en su biosíntesis, diferenciación de tejidos, metabolismo fenólico, desarrollo de raíces, fijación de nitrógeno y asimilación de nitrato.
Cobre: Es asimilado bajo la forma de óxido de cobre II, contribuye en el metabolismo de la pared celular y en la transcripción, en la fosforilación oxidativa y movilización del hierro, participa en la oxido reducción de los cloroplastos y mitocondria, en el metabolismo de fenol, y es un cofactor de varias enzimas fundamentales, así su deficiencia se observa como una pobre asimilación de nitrógeno, baja tasa y distorsión de desarrollo, rizado de hojas, entre otros efectos en común con otros nutrientes.
Hierro: Aunque es de los minerales más abundantes, se encuentra bajo formas escasamente solubles, su asimilación depende de dos mecanismos enzimáticos de las plantas que sugieren la reducción de hierro III, este elemento se localiza dentro de cloroplastos, mitocondrias, vacuolas, actúa como con cofactor redox, participa en el metabolismo de lípidos, síntesis de intermediarios metabólicos y de ADN, esencial en la fotosíntesis.
Su toxicidad está más relacionada al estrés oxidativo ocasionado por la catálisis de especies reactivas de oxígeno en el medio. Sus deficiencias presentan características comunes, como un mal desarrollo o clorosis.
22 Manganeso: Otro elemento de gran abundancia, sus formas más asimilables son manganeso II, III y IV, funciona como cofactor de enzimas antioxidantes, por lo que es fundamental en la cadena transportadora de electrones de la fotosíntesis, es responsable de la activación de 35 enzimas cruciales, entre otros roles. Su deficiencia es observable como desarrollo pobre, caída prematura de hojas, puntos blancos y grises en hojas, entre otros síntomas comunes.
Zinc: Es quizás el de mayor importancia y extensión en las plantas, es un constituyente estructural y cofactor-regulador de los 6 tipos de enzimas, regula la transcripción y participa en la transducción celular, promociona el metabolismo de carbohidratos, proteínas y formación de polen y gobierna el sistema protector de las membranas celulares.
El zinc también protege a las plantas del estrés oxidativo e incluso está involucrado en la disponibilidad de asimilación de agua, además de formar complejos con el DNA y RNA, entre otras funciones. Su deficiencia es observada primeramente como necrosis de las puntas de las raíces, rizado de hojas, clorosis intervenal y reducción de tamaño de hojas.
Una composta tiene el objetivo de reutilizar o dar valor a los residuos orgánicos en beneficio de las plantas, suelos y cultivos, por lo que requiere cumplir ciertos requisitos que otorguen seguridad en su uso, en el siguiente apartado se presentan los parámetros usados para este fin divididos por fases.
6.4. Parámetros para el compostaje
De acuerdo con Bernal et al. (2017) una composta de calidad debe asegurar la protección y mejora del suelo donde se aplica, el primer requisito para lograrlo es utilizar desechos orgánicos sin contaminantes o ingredientes peligrosos como dioxinas, herbicidas, metales pesados, o incluso libre de plástico y otros materiales inertes no biodegradables.
Los autores enfatizan, en que, a menos que el objetivo sea únicamente estabilizar la materia orgánica o reducir su actividad biológica, solo deben usarse residuos sólidos urbanos previamente separados o residuos de procedencia natural.
23 El segundo requisito es el correcto manejo y cuidado del proceso, con el fin de evitar y reducir el riesgo de contaminación; el tercero es el cuidado de la calidad del producto, pues el objetivo de una composta incluye el mejoramiento de las propiedades del suelo.
El proceso de compostaje suele recaer dentro del ámbito normativo de los residuos sólidos, aunque por la necesidad medioambiental, diversas organizaciones gubernamentales e internacionales lo han considerado dentro de sus agendas sobre sustentabilidad, desarrollando regulación legal y de referencia sobre el proceso, aunque debido a que depende del tipo de residuo, clima y manejo, no se han emitido estándares internacionales.
6.4.1. Selección de materia prima
Al formar un producto de valor agregado, los residuos orgánicos son considerados como materia prima en el compostaje, y pueden provenir de diversos sectores, industrias y servicios, bien hayan sido separados desde su recolección o después de mezclarse con los demás tipos de residuos.
Brinton (2000) menciona que las compostas que utilizan residuos orgánicos sin previa separación están expuestas a incluir diversos contaminantes, sustancias complejas y metales pesados, que pueden acumularse en los cultivos y suelo donde se aplican, algo de especial cuidado cuando además no se etiqueta o dosifica de forma correcta.
Como ejemplo de la diferencia en composición, en un estudio sobre el contenido en metales pesados de compostas provenientes de cuatro regiones con separación previa y posterior a la recolección de la materia prima, se observó en promedio 4 veces más concentración de metales en las compostas de materia prima sin separación previa (tabla 7).
Tabla 7. Ejemplo de diferencia en composición de compostas de dos fuentes
METAL PESADO
Composta de materia sin previa separación
(mg/kg)
Composta de materia con previa separación
(mg/kg)
Estándares Alemanes (mg/kg)
Plomo 420 83 150
Cobre 222 41 150
Zinc 919 224 500
Cromo 107 61 150
Níquel 84 26 50
Cadmio 2.8 0.4 3
Mercurio 1.9 <0.2 3
Fuente: Adaptada de Brinton, 2000.
24 La preocupación en la necesidad de separación de los residuos también incluye a la tendencia reciente de incluir en la composición de plásticos materia orgánica y otros compuestos que facilitan su desintegración, que puede llegar a dar la idea errónea de poder incluirlos en el proceso de compostaje, a pesar de que su daño al suelo bajo la forma de micro plásticos o formas desintegradas ha sido documentada en la actualidad (Guo et al., 2020).
Entre las consecuencias al suelo de los micro residuos plásticos son daños estructurales, afectación de fertilidad y disponibilidad de nutrientes, adicionalmente, al entrar a las cadenas tróficas se acumulan en los seres vivos derivando muchas consecuencias aún en investigación e incertidumbre (Kumar et al., 2020).
Si bien, los plásticos etiquetados como bioplásticos son una alternativa eficaz dentro de la economía actual para minimizar su impacto evidente, su uso debería ser sustituido a futuro por opciones verdaderamente biodegradables y sin ninguna consecuencia residual (Rujnic & Pilipovic, 2017).
6.4.2. Parámetros fisicoquímicos
Como recopilan Azim et al. (2018), los parámetros fisicoquímicos se pueden dividir en tres etapas del compostaje presentados en la tabla 8, posteriormente se muestran de forma independiente los principales en la literatura.
Tabla 8. Parámetros medidos durante las tres etapas del compostaje
ETAPA PARÁMETROS
Mezcla inicial Relación c/n, humedad, densidad, porosidad, oxígeno Monitoreo del proceso Temperatura, ph, carbono orgánico, nitrógeno
Producto final Estabilidad, madurez, nutrientes, ph, c/n, capacidad de intercambio catiónico, dbo, actividad enzimática, índice solvita, patógenos,
índice de desarrollo promedio, efecto invernadero, etc.
Fuente: Adaptada de Azil et al., 2018.
Parámetros de la mezcla inicial
Relación C/N: Los microorganismos, principalmente bacterias y hongos, utilizan cierta cantidad de carbono respecto del nitrógeno, ambos en forma asimilable; el carbono cumple un papel energético-estructural y el nitrógeno forma aminoácidos, proteínas, ADN; durante la fase activa de la digestión aerobia los microorganismos consumen de 15 a 30 veces la cantidad de carbono respecto del nitrógeno.
25 Hay que recalcar la importancia de la asimilación de carbono, una cáscara de plátano, un tronco y un pedazo de plástico poseen alto contenido, mientras que el primero es fácilmente digerible, el segundo es difícil y el tercero prácticamente imposible de biodegradar, por lo que su tipo es imperante.
Existen además consecuencias cuando la relación C/N es baja o alta, cuando es baja se puede perder N en forma libre hacia la atmósfera, cuando es muy alta se requerirá N para que la digestión de la materia orgánica se complete adecuadamente, no completar la digestión del carbono asimilable causa fitotoxicidad a las plantas.
Fósforo: El fósforo también es requerido en cantidad considerable por los microorganismos (relación C:P de 100 a 200), usualmente los biosólidos, residuos de jardines o campos y de agricultura tienen suficiente cantidad, además, no sufre volatilización o lixiviación, por lo que se espera que su concentración aumente hasta terminar el composteo (Stoffella & Kahn, 2001).
Humedad: Todos los organismos requieren de cierta cantidad de agua, la humedad en las pilas de mezcla se relaciona al contenido original de la materia orgánica, su porosidad, capacidad de retención y clima; un buen rango de humedad va de 45% a 65% base seca, menos de 45% limita la actividad biológica y más del 65% tapa los poros e intersticios del material creando condiciones anaerobias indeseables en este proceso.
Porosidad: La porosidad de la mezcla inicial expresa la facilidad con que el aire fluye entre la pila, su capacidad de retención de agua y su resistencia mecánica vertical; para masas húmedas debe encontrarse entre 500 a 900 kg/m3, valores por debajo facilitan la pérdida de agua, y por encima, no fluye aire interno, formando condiciones anaerobias.
Oxígeno: Para mantener condición aerobia de forma correcta es necesaria una concentración de oxígeno de al menos 5% (del máximo 21% disponible en el aire), depende de la porosidad y cantidad de agua de la mezcla principalmente.
Monitoreo del proceso
Temperatura: Es el principal parámetro, en una pila estática se observa una curva característica mostrada ya en la figura 11, no importa el tipo de manejo, la temperatura óptima para el compostaje es de 55°C, y debe mantenerse de 3 a 5 días, con el objetivo de destruir patógenos y permitir la correcta transformación de la materia orgánica.
26 Para dar por terminada la fase termófila, se requiere una disminución de temperatura a por lo menos 45°C, para permitir el desarrollo de eumicetas y actinomicetas que descomponen cadenas de polímeros largos en la fase mesófila II.
pH: El pH también tiene una curva presentada en la figura 4 que tiende a la neutralidad al finalizar la transformación; el pH general de la mezcla durante sus etapas debe encontrarse entre 5.5 y 8 para mantener un entorno soportable por las bacterias.
Durante la fase mesófila I el pH tiende a disminuir por la hidrólisis, luego la descomposición y mineralización durante la fase termófila lo incrementan ligeramente y se pierde un poco de nitrógeno como amoniaco, si el pH es mayor a 8 en las otras fases se fomenta la pérdida masiva de nitrógeno.
En la fase mesófila II el nitrógeno es transformado en ácidos húmicos que actúan como buffer de pH y estabilizan las reacciones restantes tendiendo hacia la neutralidad hasta que la fase de maduración esté completa.
Carbono orgánico: Normalmente representa más del 90% en compostas naturales, el resto es inorgánico en forma de carbonatos y bicarbonatos, su importancia viene dada en la relación C/N, se espera su disminución a razón del consumo.
Nitrógeno: Puede perderse por un pH mayor a 8 antes de ser mineralizado por bacterias nitrificantes en amonio y nitrato durante la maduración, donde también puede perderse por lluvias que lo disuelven y lavan. En una composta suele haber de 1% a 4% en peso de nitrógeno total y de eso al menos el 10% mineral.
Parámetros del producto final
Humedad: Menor a 35% puede significar que no hubo suficiente contenido de agua durante su previa maduración, o bien, que pasó demasiado tiempo almacenada, resultando en una apariencia polvosa y textura desagradable al tacto, demasiada indica encharcamientos o acumulaciones previas que interfirieron en el proceso.
pH y temperatura: Una composta madura ya no tiene cambios en pH ni temperatura, su pH debe ser entre 7-9 y su temperatura la ambiental.
Capacidad de intercambio catiónico: Esta propiedad es incrementada por e indica la presencia de ácidos fúlvicos, debe ser mayor a 60meq/100gr.
27 Relación C/N: Entre 10 y 15, el límite inferior es referido de suelos húmicos, que tienen pH cercano a 10.
Tasa de humificación: Es la relación entre ácidos húmicos/fúlvicos, durante la humificación se forman ácidos fúlvicos como paso intermedio antes de formar ácidos húmicos, un valor mayor a 1 indica madurez.
DBO: Indica la actividad de microorganismos en la composta de oxígeno que su desarrollo provoca, el DBO no debe variar o ser inexistente.
Patógenos y contaminantes: No solo la madurez de una composta es importante, esta no debe contener exceso de micronutrientes, no debe haber presencia de patógenos ni parásitos o estos deben tener cierto límite según las regulaciones de los países, además de estar libres de sustancias tóxicas, incluso presencia de semillas o materiales inertes como rocas o plásticos.
Índices de madurez: Son aquellas pruebas estándar que sirven para determinar si la mayoría de la materia prima ha logrado convertirse en composta, como lo es el índice Solvita, que es una prueba comercial que mide la mineralización del carbono y volatilización de amonio, con un rango de 1 a 8, donde más de 6 indica madurez.
Otro índice común es el de germinación, que consiste en aplicar el producto sobre semillas patrones para calcular el éxito obtenido entre el sustrato probado y un blanco de agua destilada, basado en el brote y el desarrollo de las radículas.
En ocasiones las legislaciones de los países establecen límites permisibles para los parámetros de las compostas, estos suelen prestar especial atención en las concentraciones de los micronutrientes por su posibilidad de ser acumulados con el tiempo en cultivos y suelo.
A continuación, se muestran los límites permisibles generales de los gobiernos de Canadá, Estados Unidos, y los lineamientos relacionados en México.
6.4.4. Límites permisibles para compostas
A nivel nacional en México no se cuenta con regulación obligatoria sobre la composta producida en términos de calidad o sus propiedades, solo en la ciudad de México, con dicho fin, se emitió la NADF-020-AMBT-2011, la cual sirvió de base para realizar la NMX-AA- 180-SCFI-2018, que abarca las necesidades del proyecto físico, operación, muestreos, parámetros de calidad, límites permisibles, hasta el cierre y evaluación de conformidad.
28 De forma adicional, se cuenta con la NOM-004-SEMARNAT-2002, que considera de forma indirecta límites para compostas de residuos de plantas residuales procesada en suelos, aunque esta norma sirve de fundamento legal, sus límites son mucho más altos respecto a la NMX que sí es específica para compostas.
A nivel global existen diversas guías y regulaciones sobre los parámetros de una composta, suelen ser realizados en base al tipo de suelo y exigencias de cada país con jurisdicción estatal, en este escrito se consideran los límites permisibles utilizados de forma general en Estados Unidos, establecidos por la United States Compost Council (USCC), y en Canadá, establecidos por el Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME).
Parámetros de la NOM-004-SEMARNAT-2002
Esta norma oficial mexicana especifica los límites para biosólidos provenientes de desazolve, alcantarillado y lodos de plantas de aguas residuales, para su aprovechamiento bajo compostaje aerobio y entonces proteger suelo, medio ambiente y salud humana, especifica dos categorías en cuanto a contenido de metales pesados.
Sus categorías son, Bueno y Excelente, además de tres más en cuanto a contenido de patógenos y parásitos representativos; A, B y C, los parámetros y límites permisibles se muestran en la tabla 9, es de notar que los valores permitidos en la categoría de “Excelentes”
fueron tomado del propuesto por la USCC para biosólidos generales dispuestos directamente en suelos, visto en el siguiente apartado.
Tabla 9. Límites permisibles para biosólidos procesados sobre suelos por compostaje, establecidos en la NOM-004-SEMARNAT-2002.
PARÁMETROS Límite categoría A Límite categoría B Límite categoría C Coliformes fecales
NMP/g base seca Menor a 1000 Menor a 1000 Menor a 2000000 Salmonella spp.
NMP/g base seca Menor a 3 Menor a 3 Menor a 300
Huevos de helmintos
viables/g base seca Menor a 1 Menor a 10 Menor a 35
Elementos traza Límite categoría
excelentes (ppm) Límite categoría buenos (ppm)
Arsénico 41 75
Cadmio 39 85
Cromo 1200 3000
Cobre 1500 4300
Plomo 300 840
Mercurio 17 57
Níquel 420 420
Zinc 2800 7500
Fuente: Adaptada de: DOF, 2002.
29 Adicionalmente, define tres tipos de uso permitido respecto a los contenidos de la tabla 9, como se observa en la tabla 10.
Tabla 10. Usos para el aprovechamiento de biosólidos respecto a sus categorías, establecidos en la NOM-004-SEMARNAT-2002.
TIPO CLASE Descripción
Excelentes A Usos urbanos con contacto directo durante su aplicación y los establecidos para b y c.
Excelentes y buenos B Usos urbanos sin contacto directo durante su aplicación y los establecidos para c.
Excelentes y buenos C Usos forestales, mejoramiento de suelos y usos agrícolas.
Fuente: Adaptada de: DOF, 2002.
Parámetros de la NMX-AA-180-SCFI-2018
Esta norma mexicana parte de la necesidad en la república de establecer un procedimiento para la gestión integral de una planta de compostaje aerobio o de lombricompostaje con el objetivo de fomentar la valorización de los residuos sólidos urbanos y los residuos sólidos de manejo especial.
Esta norma establece parámetros para la composta terminada, frecuencia de análisis, límites permisibles, clasificación y la información apropiada que debe llevar en caso de comercialización, en la tabla 11 se muestran los parámetros y límites establecidos para las compostas terminadas.
30 Tabla 11. Parámetros y límites para composta establecidos en la
NMX-AA-180-SCFI-2018.
PARÁMETROS NMX-AA-180-SCFI-2018
Clasificación I II III
pH 6.7 a 8.5
Conductividad eléctrica (dS/m) 0.5 a 4 4 a 8 8 a 12
Materia Orgánica
(% m/m) ≥ 50 30 a 50 20 a 30
Carbono orgánico
(% m/m) Al menos 10
Nitrógeno Total
(% m/m) 3 2 1
Relación C/N 15 a 20 20 a 25
Macronutrientes
(N, P, K) (% m/m) De 1 a 3, en cualquiera, su suma hasta 7
Granulometría (mm) ≤ 10 10 a 30
Roca y arena >5mm Ausente <3% <5%, suma de impurezas debe ser <5%
Plástico >5mm Ausente <0.5% <1%, suma de impurezas debe ser <5%
Vidrio y fragmentos metálicos >5mm Ausente <1% <2%, suma de impurezas debe ser <5%
Índice de germinación >90 85 a 90 80 a 85
Temp. A 50 o más cm de profundidad 25 a 35 36 a 50
Consumo de oxígeno (mg/kg, (%m/m)/h) <50 50 a 100 101 a 150 Emisiones de CO2
(mg/kg, (%m/m)/h) <30 30 a 60 61 a 120
Coliformes fecales (NMP/gr) <1000
Escherichia coli <1000
Salmonella spp. (NMP/25gr) Ausente
Huevos de helminto (n/4gr) 1
Metales (PPM) ≤ PPM ≤ PPM ≤ PPM
Arsénico 0.1 0.7 2
Cadmio 0.7 1 2
Cromo 70 70 250
Cobre 70 150 300
Mercurio 0.4 0.7 1.5
Níquel 25 60 90
Plomo 45 120 150
Zinc 200 500 500
Fuente: Adaptada de: DOF, 2018.
Parámetros del USCC
En Estados Unidos las compostas deben cumplir con las regulaciones locales según cada estado y federales establecidas a través del USCC, la cual ha proporcionado una referencia general sobre su contenido para aplicación en cultivos considerando base seca, y los límites sobre metales pesados que debe cumplir del mismo modo que cualquier otro biosólido dispuesto en suelos los lineamientos generales de la EPA (tabla 12).
31 Tabla 12. Límites permisibles para
compostas establecidos por el USCC
PARÁMETRO Límite
pH 5 a 8.5
Conductividad eléctrica 10 dS/m Contenido de humedad 30 a 60 %
Materia orgánica 30 a 65 % Tamaño de partícula 98% pasa por malla de ¾’’
Índice de germinación Al menos 80%
Materia ajena Menor al 1%
Coliformes fecales 1 NMP/gr Salmonella sp. 1 NMP/4gr Metales pesados Límite en ppm
As 41
Cd 39
Cr 1200
Cu 1500
Pb 300
Hg 17
Ni 420
Se 36
Fuente: Adaptada de: USCC., 2014.
En EE. UU. existen además empresas y asociaciones que se dedican a estudiar no solamente el cumplimiento normativo, pero también su calidad como fertilizante y consigo otorgar certificados, que es la forma más común de comercialización en dicho país.
Parámetros del CCME
En Canadá el Quebec Normalization Bureau y el Canadian Council of Ministers of the Environment comenzaron a definir estándares y puntos guía para la elaboración de la composta a nivel local y nacional, los parámetros del CCME (aún en la versión 2005) son los más utilizados, aunque en realidad están basados en las especificaciones del QNB, versión estatal cuya lista es más estricta (Hébert, 2012).
Los parámetros de la CCME se muestran en la tabla 13, divididos en dos categorías:
• Categoría A: Puede ser usado en cualquier aplicación, agricultura, residencial, horticultura, guarderías y otros negocios.
• Categoría B: Limitaciones en actividades al público en general como parques o residencial, cuyas restricciones son propias de cada provincia o territorio, esta categoría es usada cuando al menos un elemento de la lista sobre pasa el rango para incluirse en la categoría A, del mismo modo si alguno sobre pasa la categoría B no es apta para uso en general y debe disponerse de forma apropiada.
