4 etapas del compost
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Jaime Cuevas. Departamento de Geologa y Geoqumica Mdulo C-VI / Despacho 205. [email protected]
Curso de compostaje en la UAM:
Etapas del proceso de compostaje
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TRATAMIENTO DE RESIDUOS
Mtodos Biolgicos. Compostaje
Relevancia del mtodo de tratamiento
Parmetros del proceso
Calidad del compost
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COMPOSTAJE: proceso controlado de transformacinbiolgica aerbica y termfila de los residuos orgnicosbiodegradables que da lugar al compost
DIGESTION ANAEROBIA: proceso controlado detransformacin microbiolgica anaerobia de los residuosorgnicos biodegradables que da lugar al digerido y albiogs de elevado contenido en metano.
Mtodos Biolgicos
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relevancia del proceso: tratamiento de bioresiduos
Bioresiduos: 40% del total de los residuos generados
Residuos problemticos: purines y lodos de depuradoras
Afecta directamente a las estrategias de conservacin del
suelo
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Biorresiduo: residuo biodegradable de jardines y parques, residuos alimenticiosy de cocina procedentes de hogares, restaurantes, servicios de restauracin
colectiva y establecimientos de consumo al por menor, y residuos comparablesprocedentes de plantas de transformacin de alimento
Artculo 22
BiorresiduosLos Estados miembros adoptarn medidas, en la forma conveniente, y con arregloa los artculos 4 (jerarqua) y 13 (salud y medioambiente), para impulsar:
a) la recogida separada de biorresiduos con vistas al compostaje y la digestin delos mismos;
b) el tratamiento de biorresiduos, de tal manera que se logre un alto grado deproteccin del medio ambiente;
c) el uso de materiales ambientalmente seguros producidos a partir debiorresiduos.
DIRECTIVA 2008/98/CE
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bioresiduos
Europa: 2500 MMt/ao (40 % del total de los residuos):
40 %: agricultura y ganadera22 %: jardines y bosques
20 %: lodos de depuracin de aguas
10 %: procesado de alimentos
8 %: residuos urbanos (aprox 40 % biodegradable)
PNIR: 2006
Generados vertidos objetivo (RD 1481/2001)
11,934,142 7,768,229 (65 %) < 75 %
(1995)
En 2009: 50%
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LA VALORIZACIN DEL COMPOSTEstrada de Luis, Ins Beln, Gmez Palacios, Jos Mara. Biomasa penissular. 2006.
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INFRAESTRUCTURAS DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS BIOLGICOS EXISTENTES
EN ESPAA Y CANTIDADES TRATADAS MEDIANTE (2005)
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CompostajeObjetivos:
Transformacin de un residuo biodegradable en un material estable
(compost):
Reduccin del potencial de los residuos para producir daos a la salud yal medioambiente (patgenos, contaminacin de atmsfera, suelo yagua)
Reduccin de volumen (> 80 %); peso (> 60 %)
Valorizacin de la materia orgnica mediante su transformacin en
compuestos hmicos estables: acondicionamiento y regeneracin desuelos (sustitucin 10% fertilizantes minerales).
Este tratamiento contribuye a generar una reserva de carbono,slamente si se consigue un compost estable:
57 kg. de CO2 equivalente por t de compost aplicada al suelo
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A kinetic analysis of solid waste composting at optimal conditions
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conservacin del suelo
Documento/informe de la comisin europea COM (2002) 179 final:
Hacia una estrategia temtica para la proteccin del suelo
Identificacin de los procesos de degradacin: Prdida de materia orgnica Erosin
Contaminacin
Suelos con < 1.7 % en M.O.: riesgo de desertificacin
Espaa: mapa de M.O. contenido en materia orgnica de suelos agrcolas y
pastizales (INIA: 2004 en prep.) Preliminar: sobre 1270 muestras (47 % < 1.7 %)
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Diferentes enfoques de la Comisin Europea a lo largo delos ltimos aos:
Directiva marco de residuos; Regulacin de lostratamientos biolgicos
Regulacin en el Marco de la Estrategia Temtica de laproteccin del suelo.
Estrategia Temtica sobre prevencin y reciclado.Directiva Marco de Residuos revisada. Criterios decalidad
Regulacin Europea sobre (Bioresiduos)Biowaste (?)
Cambio de enfoque
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EU27
Belgium
Denmark
Germany
Ireland
Greece
Spain
France
Italy
Netherlands
Austria
Portugal
Finland
Sweden
UnitedKingdom
0
20
40
60
80
100
120
140
%
vertido
incinerado
reciclado
compostado
Tasa de tratamiento en algunos estados de la UE (2007)
Eurostat (Marzo de 2009).
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El proceso de compostaje
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Parmetros biolgicos (*)
Microorganismos: Bacterias aerobias y anaerobias facultativas,actinomicetos, hongos, algas y protozoos. No es necesaria su adicin.Los lodos contienen varios millones por gramo.
Metabolismo: El 80% de la materia orgnica se usa para producir
energa (catabolismo). El calor generado est entre 30 y 40 MJ/kg de C.
Los microorganismos descomponen la materia orgnica dando lugar aCO2, H2O y Humus
Bacterias: 80-90 % de la biomasa del compost
Responsables de la mayor parte de descomposicin de la M.O. y dela generacin de calor.
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http://cwmi.css.cornell.edu/composting.htm
AIREACIN
HIDRLISISENZIMTICA
http://compost.css.cornell.edu/invgifs/centipede.movhttp://compost.css.cornell.edu/gifs/10.gif -
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http://compost.css.cornell.edu/gifs/10.gifhttp://compost.css.cornell.edu/gifs/3.gif -
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Parmetros biolgicos (**)
Hongos: actividad limitada. 45-50 C; humedad moderada (< 50 %),
toleran la escasez de nutrientes solubles.
Actinomicetos: tolerancia al aumento de la temperatura y escasez denutrientes. Actividad a 60-65 C.
Bacterias: necesitan abundancia de nutrientes
Mesoflicas (< 45 C; ptimo a 35 C ):Termoflicas (45-65 C; ptimo a 50-60 C)
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Parmetros biolgicos (***)
Biodegradacin: Se produce a distinta temperatura, a medida queevoluciona el proceso, dando lugar al crecimiento de diversas
poblaciones de microorganismos:
psicrofilos: (bacterias y hongos) (- 4 a 30 C)
mesflos: (bacterias, actinomicetos, patgenos ) (10 45 C)
termfilos: (bacterias, actinomicetos y esporas mesfilas) (45 65 C)
FASES DEL COMPOSTAJE
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Fases de la descomposicin aerbica:
Temperatura: control del ritmo de reaccin (respiracin; O2, CO2)
poblacin y crecimiento de microorganismos
mesoflica (< 45 C) (12-24h) (Bacillus sp.; Azotobacter sp.;
Pseudomonas sp.)
termoflica(40 -70 C) (das-semanas): por encima de 65 C se inhibela descomposicin (Bacterias y Actinomicetos termoflicos)
Maduracin o curado (descenso paulatino de la actividad biolgica yde la temperatura; predominio de actinomicetos)
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Tchobanglous et al. (1994)
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Sucesin demicroorganismos en
la etapa termoflica:
Produccin de CO2
TA: Actinomicetos termfilosTB: Bacterias termfilas
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La temperatura tiene un efecto clave en la sucesinde comunidades microbianas durante el proeso decompostaje
Procesos mesoflicos:
Valores relativamente bajos de biomasa microbiana
+ bacterias y hongos y menos actinomicetos (menos diversidad)+capacidad de utilizar lpidos y protenas+reduccin en masa de la M.O
Procesos temoflicos:
Induce cambios rpidos en la poblacin bacterianaDisminuye el tiempo de curado
Es ms eficaz el compostaje mesoflico? higiene?
Tang y col., 2007, Journal of bioscience and bioengineering, 104, 321-328.
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Qu degradany qu producen ?
La hidrlisis de los slidos es el factor que limita el compostaje de slidos orgnicos.
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Hacia los compuestos hmicos
Mayor ritmo de degradacin = mayor cantidad de carbono orgnico hidroflico ymayor consumo de oxgeno.
Los carbohidratos, aminocidos y protenas se van reponiendo en la fraccinsoluble mediante su sntesis (metabolismo bacteriano y degradacin de slidos
orgnicos)
Los compuestos con unidades estructurales aromticas (i.e., compuestosfenlicos) se acumulan durante la descomposicin de la M.O. soluble)
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cidos flvicos
Lignina
cidos hmicos
Cmo funciona en realidad?
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Pilas o almiares
volteadora
Cmo funciona en realidad?
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Seguridad en plantas de compost:
Humedad: 45-50 %pH neutro
55 C 2 semanas65 C 1 semana
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Parmetros fsicos: Cmo se favorece el proceso?
Temperatura(< 65 C)
Aireacin (> 10 % O2; es necesario 1g/g de M.O. biodegradable)
Humedad (50-60 %) y Porosidad (f de humedad y textura): permiten la
aireacinTamao y estructura del sistema: adecuado para mantenertemperatura, humedad y aireacin.
Temperatura: mantenimiento de un rgimen de temperatura mnima de
40 C en 5 das con picos de temperatura por encima de los 55 C, almenos, 4h. (en toda la masa)
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Aireacin
El exceso de humedad hace que el espesor de la pelcula de agua querodea la partculas sea grande (> 0.5 mm) en relacin con el tamao de
poros en el sistema.
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humedad/porosidad
Porosidad:
Porosidad almacn: (< 50 m): 0.05 mm)Porosidad de transmisin: (50-500 m: 0.05- 0.5 mm)Porosidad fisural: (> 500 m: > 0.5 mm)Cuando los poros fisurales se saturan, el espesor de la fase acuosa
dificulta la difusin del oxgeno: condiciones anaerobias
Humedad ptimaExceso de humedad
1 mm
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humedad ptima
Humedad ptima:
Contenido en agua adecuado para mantener saturadas la
porosidad almacn y la porosidad de transmisin
La porosidad fisural ha de quedar disponible para laentrada de aire.
Cmo podemos calcular la humedad ptima?
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humedad ptima: potencial matricial/succin
En una mezcla tpica de compostaje (lodos + virutas de madera) esposible ajustar la dependencia entre el contenido en humedad y elpotencial matricial (succin m ):
% H2O = 64.05 + 0.142 m (kPa); (Miller, 1989).
m : Fuerza por unidad de superficie que hay que aplicar para retirarla fase acuosa de una superficie slida de carcter hidroflico
( tensin superficial, capilaridad)
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humedad ptima: potencial matricial/succin
m :
depende de la magnitud de superficie en contacto con la faseacuosa (rea/Volumen). En un sistema de poros de pequeo tamao(r) la relacin superficie/fase acuosa es muy alta y la presin de
succin (negativa) elevada.
Existe una relacin entre la succin y el radio de poro crtico quepermanece lleno de lquido:
r = 0.0135/- m(Miller, 1989). Microbial Ecology, 18, 59-71
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estructura del sistema/porosidad
Empaquetamientoligero
Empaquetamientocompacto Es necesario aadir agentes estructurantes
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Compost maduro: Tiene un grado de humificacin elevado y escompatible con los sistemas radiculares. Su tiempo de
maduracin no debe ser inferior a 1 ms y su relacin C/N
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Produccin de compost o reduccin del volumen de residuos?
continuidad de la actividad microbiana (DBO, Carbono hidrosoluble, CO2,cosumo de oxgeno)
generacin de malos olores (amoniaco)
autocalentamiento
estabilizacin de las propiedades qumicas: intercambio catinico, pH,
materia orgnica, slidos voltiles mximo grado de humificacin (empobrecimiento en cidos flvicos) ausencia de sustancias fitotxicas (pruebas de germinacin y crecimiento)
La aplicacin agrcola de un compost inmaduro implica:
disminucin del oxgeno en el sistema radicular
aumento de la temperatura del suelo
bloqueo del nitrgeno en el suelo (altas relaciones C/N)
Estabilidad y madurez del compost
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Lpez y col. (2001). Planta de Villarasa (Huelva). Invest. Afr. Prot. Veg., 16,105-117
Autocalentamiento
7 semanas de volteo2-5 meses de maduracin
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Compostaje de estiercol + paja/serrn(Quebec y Pensilvania)
Sustainability of Modern Composting: Intensification Versus Costs & QualityWilliam F. Brinton, Jr., Woods End Research Laboratory. Biocycle (1998)
Prdidad
ema
teriaor g
n
ica(%)
Prdida de nitrgeno (%)
Sittler Quality Windrow Turners Model #507
Recogida selectiva Recogida
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Recogida selectiva Recogidamixta
t l d id i t id l ti
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ppm
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1985 1988 1991 1998 2003
Pb Pb BOE Pb Clase I
ppm
0
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600
800
1000
1200
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1985 1988 1991 1998 2003
Pb Pb BOE Pb Clase I
etales pesados, recogida mixta y recogida selecti
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Biocycle nov. 2007