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I. EL PROBLEMA
1.1PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El aumento y acumulacin de residuos slidos y la falta de tratamiento de basura orgnica,
no permiten un control racional de los impactos, colocando alto riesgo al medio ambiente y la salud
pblica, que al poco tiempo de ser desechados provocan mal olor atrayendo fauna nociva comomoscas, cucarachas, ratones.
Se conoce que la ciudad de Juliaca, con sus 248 mil habitantes, produce de forma diaria al
menos 182 toneladas de basura, de las cuales, un 50% son residuos orgnicos que pueden
aprovecharse como abono; mientras que un 15% es material reciclable, y tan slo un 35% del total
debe depositarse en los rellenos sanitarios(Correo marzo 2013). Estos residuos slidos apilados y a
distintas temperaturas se deshidratan descomponindose mediante la intervencin de
microorganismos que se nutren de la materia orgnica, el cual puede ser diferente en un proceso
aerbico y anaerbico.
En vista de que las autoridades y pueblo cada da contamina aun ms la ciudad de
Juliaca,que tiene caractersticas geogrficas diferentes como: la ubicacin de 3815 metros sobre el
nivel del mar donde el oxigeno es menor, una presin atmosfrica de 485 mmHgy actualmente
existen tecnologas de compostaje aerobio, muy poco se han experimentado compostaje de tipo
anaerobio, los estudiantes de la Carrera Acadmica Profesional de Ingeniera Sanitaria Ambiental
en su quinto semestre B propone la presente investigacin que responde la siguiente
interrogante: En qu medida influyen los microorganismos en los parmetros fsicos qumicos al
someter la materia orgnica generada en los domicilios de la ciudad de Juliaca a procesos aerobios
y anaerobios? Qu especies de microorganismos se aslan en los procesos de compostaje?.
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1.2 JUSTIFICACION
La composicin fsica de los residuos slidos urbanos en nuestro pas est constituida en
ms del 50% por residuos orgnicos; es por esto que con el aprovechamiento de los mismos se
disminuir en gran medida la presin sobre el medio ambiente como soporte de actividadesantrpicas; se reincorporarn los nutrientes al ciclo de fertilizacin del suelo y se frenar el uso de
agroqumicos. Solo apuntando a una eficiente gestin integral de residuos slidos desde la
presentacin hasta la disposicin final, se implementarn los instrumentos de manejo basados en
principios de eficiencia, eficacia y efectividad que generen una sostenibilidad ambiental a partir de
una relacin costo-beneficio ptimo. El estudio de la relacin de los procesos adecuados para la
transformacin de los residuos orgnicos se convierte en el factor primordial para crear los
escenarios que determinen la viabilidad tcnica, econmica y ambiental asociada al tema.
Este aprovechamiento conduce de manera directa a la disminucin de impactos
ambientales y sociales generados, en especial, en el componente de disposicin final, lo cual es
competencia de la gestin ambiental. Tanto el proceso como la disposicin final, la aplicacin de
este proceso nos ayudara a comprobar y conocer el funcionamiento del proceso de descomposicin
Se pretende lograr la eficacia de estos procesos sobre los parmetros fsicos qumicos y
microbiolgicos en el medio aerbico y anaerbico as sistematizar la informacin existente para
hacer un anlisis sobre sus componentes.
II. OBJETIVOS
2.1OBJETIVO GENERAL
Describir el comportamiento de los parmetros fsicos-qumicos y microbiolgicos en el
proceso aerbico y anaerbico, durante la descomposicin de residuos orgnicos.
2.2OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar la influencia de temperatura, pH en la poblacin microbiana en el
proceso de aerbico y anaerbico.
Comparar el comportamiento en las fases de desarrollo de los microorganismosdurante el proceso de descomposicin.
III. HIPTESIS
La optimizacin del manejo de los residuos orgnicos a travs del proceso de
descomposicin en medio aerobio y anaerobio permite conocer y comprobar la eficacia del
comportamiento de los parmetros fsicos, qumicos y microbiolgicos, monitoreando la variacin
de la temperatura y el pH de los residuos orgnicos en cada una de las fases.
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IV. MARCO TEORICO:
5.1 MARCO CONCEPTUAL:
COMPOSTAJE: Compostaje es el trmino que se usa para designar la degradacinaerbica y termfila de materiales orgnicos de diferente origen, en estado slido, realizado por
comunidades microbianas quimioheterotroficas existentes en los propios residuos, bajo condiciones
controladas del que se obtiene un producto estable, el compost, que puede ser utilizado como
fertilizante. (Frioni 2011)
COMPOSTAJE AERBICOSe caracteriza por el predominio de los metabolismos
respiratorios aerobios y por la alternancia de etapas mesotrmicas (10-40C) con etapas
termognicas (40-75C), y con la participacin de microorganismos mesfilos y termfilos
respectivamente. Las elevadas temperaturas alcanzadas, son consecuencia de la relacin
superficie/volumen de las pilas o camellones y de la actividad metablica de los diferentes grupos
fisiolgicos participantes en el proceso. Durante la evolucin del proceso se produce una
sucesinnatural de poblaciones de microorganismos que difieren en sus caractersticas
nutricionales (quimiohetertrofos y quimioauttrofos), entre los que se establecen efectos
sintrficos y nutricin cruzada. (Barker y Bryson, 2002)
Debemos distinguir en una pila o camelln dos regiones o zonas:
a. La zona central o ncleo de compostaje, que es la que est sujeta a los cambios
trmicos ms evidentes, y
b. La corteza o zona cortical que es la zona que rodea al ncleo y cuyo espesor
depender de la compactacin y textura de los materiales utilizados.
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El ncleo acta como zona inductora sobre la corteza. No obstante, todos los procesos que se
dan en el ncleo, no alcanzan la totalidad del volumen de la corteza. A los efectos
prcticos y utilizando como criterio las temperaturas alcanzadas en el ncleo, podemos
diferenciar las siguientes etapas:
Etapa de latencia: es la etapa inicial, considerada desde la conformacin de la pila hasta que se
constatan incrementos de temperatura, con respecto a la temperatura del material inicial. Esta etapa,
es notoria cuando el material ingresa fresco al compostaje. Si el material tiene ya un tiempo de
acopio puede pasar inadvertida. La duracin de esta etapa es muy variable, dependiendo de
numerosos factores. (Noble y Roberts, 2003)
Si son correctos: el balance C/N, el pH y la concentracin parcial de Oxgeno, entonces la
temperatura ambiente y fundamentalmente la carga de biomasa microbiana que contiene el
material, son los dos factores que definen la duracin de esta etapa. Con temperatura ambiente
entre los 10 y 12 C, en pilas adecuadamente conformadas, esta etapa puede durar de 24 a 72 hs.
(Noble y Roberts, 2003)
a. Etapa mesotrmica 1 (10-40C):En esta etapa, se destacan las fermentaciones facultativas
de la microfloramesfila, en concomitancia con oxidaciones aerbicas (respiracin
aerbica). Mientras se mantienen las condiciones de aerobiosis actan
Euactinomicetos (aerobios estrictos), de importancia por su capacidad de producir
antibiticos. Se dan tambin procesos de nitrificacin y oxidacin de compuestos
reducidos de Azufre, Fsforo, etc. La participacin de hongos se da al inicio de esta etapa y
al final del proceso, en reas muy especficas de los camellones de compostaje. La
etapa mesotrmica es particularmente sensible al binomio ptimo humedad-aireacin.
La actividad metablica incrementa paulatinamente la temperatura. La falta de
disipacin del calor produce un incremento an mayor y favorece el desarrollo de la
microflora termfila que se encuentra en estado latente en los residuos. La duracin de
esta etapa es variable, depende tambin de numerosos factores. (Barker y Bryson, 2002)
b. Etapa termognica (40-75C):Lamicrofloramesfila es sustituida por la termfila debidoa la accin de Bacilos y Actinomicetos termfilos, entre los que tambin se
establecen relaciones del tipo sintrficas. Normalmente en esta etapa, se eliminan todos los
mesfilos patgenos, hongos, esporas, semillas y elementos biolgicos indeseables. Si
la compactacin y ventilacin son adecuadas, se producen visibles emanaciones de
vapor de agua. El CO2 se produce en volmenes importantes que difunden desde el
ncleo a la corteza. Este gas, juega un papel fundamental en el control de larvas de
insectos. La corteza y ms en aquellos materiales ricos en protenas, es una zona donde se
produce la puesta de insectos. La concentracin de CO2 alcanzada resulta letal paralas larvas. Conforme el ambiente se hace totalmente anaerobio, los grupos termfilos
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intervinientes, entran en fase de muerte. Como esta etapa es de gran inters para la
higienizacin del material, es conveniente su prolongacin hasta el agotamiento de
nutrientes. (Barker y Bryson, 2002)
c. Etapa mesotrmica 2: con el agotamiento de los nutrientes, y la desaparicin de
los termfilos, comienza el descenso de la temperatura. Cuando la misma se sita
aproximadamente a temperaturas iguales o inferiores a los 40C se desarrollan
nuevamente los microorganismos mesfilos que utilizarn como nutrientes los materiales
ms resistentes a la biodegradacin, tales como la celulosa y lignina restante en las
parvas. Esta etapa se la conoce generalmente como etapa de maduracin. Su duracin
depende de numerosos factores. La temperatura descender paulatinamente hasta
presentarse en valores muy cercanos a la temperatura ambiente. En estos momentos se
dice que el material se presenta estable biolgicamente y se da por culminado el proceso.
(Barker y Bryson, 2002)
Las etapas mencionadas, no se cumplen en la totalidad de la masa en compostaje, es
necesario, remover las pilas de material en proceso, de forma tal que el material que se presenta
en la corteza, pase a formar parte del ncleo. Estas remociones y reconformaciones de las
pilas se realizan en momentos puntuales del proceso, y permiten adems airear el material, lo
que provoca que la secuencia de etapas descripta se presenta por lo general ms de una vez.
Desde el punto de vista microbiolgico la finalizacin del proceso de compostaje se tipifica por
la ausencia de actividad metablica. Las poblaciones microbianas se presentan en fase de muerte
por agotamiento de nutrientes. Con frecuencia la muerte celular no va acompaada de lisis.
La biomasa puede permanecer constante por un cierto perodo aun cuando la gran mayora de la
poblacin se haya hecho no viable.(Barker y Bryson, 2002)
a) LOS MICROORGANISMOS EN EL TRATAMIENTODE RESIDUOS SOLIDOS.
Los materiales orgnicos se someten a dos clases de procesos:
Proceso anaerobio. Biometanizacin; es un proceso biolgico acelerado artificialmente,
que tiene lugar en condiciones muy pobres de oxgeno o en su ausencia total, sobre substratos
orgnicos. Como resultado se obtiene una mezcla de gases formada por un 99% de metano y
dixido de carbono y un 1% de amonaco y cido sulfhdrico. El gas combustible, metano,
permite obtener energa.
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Proceso aerobio. Compostaje; es la transformacin biolgica de la materia orgnica en
productos hmicos conocidos como compost y que se emplean como fertilizante. Se realiza en
presencia de oxgeno y en condiciones de humedad, pH y temperatura controladas.
En primer lugar se procede a su molido y despus se dispone en hileras de dos metros ymedio a cielo abierto. Los montones son volteados peridicamente con el fin de facilitar la
oxigenacin y evitar su fermentacin anaerobia. El volteo llega a hacerse hasta dos veces por
semana mientras la temperatura se mantiene alrededor de 55C y el grado de humedad de la
hilera es de entre el 50% y el 60%.
A partir del tercer volteo la temperatura se mantiene en los 25C indicando que ya ha
finalizado la fermentacin. Esto ocurre transcurridas tres o cuatro semanas.
Despus se deja otro periodo equivalente para que se cure para luego proceder a suafino, para retirar cualquier clase de resto (partculas metlicas, trozos de vidrio, etc) que
pudiera haber quedado.
Existen otras variantes a cielo abierto como la pila esttica aireada. Por ltimo se han
desarrollado sistemas a cubierto con el fin de optimizar el proceso y sobre todo evitar malos
olores.
El proceso de compostacin, segn la base cientfica y conocimientos bibliogrficos
distintos se lo describe de la siguiente manera:
b. GENERALIDADES DEL PROCESO DE COMPOSTAJE
El compostaje es un proceso mediante el cual diversos sustratos orgnicos se
descomponen y estabilizan debido a la accin de una poblacin mixta de
microorganismos, obtenindose un producto final denominado compost, orgnicamente
estable, libre de patgenos y semillas de malezas que puede ser aplicado de maneraeficiente al suelo para mejorar sus propiedades (Haug 1993).
La descomposicin de los sustratos orgnicos a compost puede realizarse de
manera aerbica o anaerbica.
b.1. El proceso aerobio
Implica la descomposicin de los sustratos orgnicos en presencia de oxgeno (aire)
obtenindose como principales productos del metabolismo biolgico: dixido decarbono, agua y calor. El compostaje aerobio ha tenido mayor aplicacin dada su mayor
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Materia orgnica + M.O. + O2 --> Composta + H2O +
CO2 +Prod. finales oxigenados
flexibilidad, las altas velocidades de estabilizacin y la relativa fcil operacin de los
sistemas.
El proceso de biodegradacin aerbica se puede describir mediante la
siguiente ecuacin:
NH3
Bacterias H2O Material
MaterialOrgnico+O2+Nutrientes CO2 + Calor+ Orgnico
Hongos SO4NoDegradado
Compost
b.2. El compostaje anaerobio
Es la descomposicin del material orgnico en ausencia de oxgeno obtenindose
como productos metablicos finales metano, dixido de carbono y numerosos compuestos
orgnicos de bajo peso molecular como cidos y alcoholes. Los sistemas de compostaje
anaerobio dada su complejidad se utilizan en menor proporcin que los aerobios, pero
son importantes ya que permiten generar biogs a partir de residuos humanos, animales,
agrcolas y residuos slidos urbanos.
La tabla 1 resume las ventajas relativas de los procesos aerobios y anaerobios:
Tabla1ComparacinentrelosprocesosdeCompostajeaerobioyAnaerobio.
Caracterstica Procesos aerobios Procesos AnaerobiosUsoenergtico
Productosfinales
Reduccin devolumen
TiempodeProceso
Consumidonetodeenerga
Humus,CO2,H2O
Hastael50%
20-30das
Productonetodeenerga
Lodos,CO2,CH4
50%
20-40dasFuenteTchobanoglous1994
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c. FORMACIN DE LA COMPOSTA
La formacin de la composta en cualquier proceso que se utilice, se lleva a cabo en
diferentes fases:
Fase latente. Esta fase comienza tan pronto como se establecen las condiciones de
composteo y es un periodo de adaptacin de los microorganismos presentes en los residuos.
En ella los microorganismos utilizan los azcares, la celulosa simple, los aminocidos y
almidones presentes en los residuos crudos, rompiendo los compuestos complejos para
liberar nutrientes, con lo que la cantidad de microorganismos comienza a incrementar.
Debido a sta actividad, se comienza a incrementar la temperatura en la masa de
residuos. Cuando se encuentran grandes cantidades de material altamente putrescible, el
periodo de latencia es muy breve.
Fase de Crecimiento. Es un periodo de transicin entre la fase de latencia y la
termoflica, en la que hay un crecimiento exponencial de la cantidad de microorganismos y
por tanto una intensificacin de actividad biolgica. Dicha actividad se manifiesta en un
incremento abrupto e ininterrumpido de temperatura en la masa de residuos y si no se toman
las precauciones correspondientes, la temperatura puede alcanzar los 70C o ms.
Fase Termoflica. Es el intervalo de tiempo en el que la actividad permanece en su
nivel mximo, mientras exista material fcilmente degradable y en cantidades suficientespara soportar el incremento de los microorganismos. Dependiendo del tipo de sustrato, as
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como de las condiciones ambientales y operativas sta fase puede durar unos cuantos das o
algunas semanas. La temperatura se mantiene alrededor de los 60C, con muy pocas
variaciones, siendo sta la causa principal de la desaparicin de protozoarios, hongos y otros
microorganismos patgenos. Se debe mencionar en sta parte, que una cada abrupta de
temperatura, durante la fase termfila indica algn problema que requiere atencin
inmediata.
Fase de Maduracin o curado. Eventualmente, el material de fcil degradacin se
reduce drsticamente y comienza la fase de maduracin. En sta fase, se incrementa
constantemente la cantidad de material resistente a la accin bacteriana y por lo tanto la
proliferacin de microorganismos entra en su etapa de decaimiento. La temperatura tambin
comienza a entrar en una inexorable disminucin, que persiste hasta que se alcanza la
temperatura ambiente. El tiempo de maduracin, est en funcin del substrato, lascondiciones ambientales y de operacin, por lo que puede tomar desde unas cuantas semanas
hasta uno o dos aos.
d. PROCESO DE DIGESTIN O FERMENTACIN BACTERIANA
Los mtodos ms usados para este tipo de proceso, se basan en la acumulacin de los
residuos en pilas o hileras colocadas directamente en el terreno natural o sobre superficies
pavimentadas o de concreto, cuyas caractersticas dependern de las condiciones locales
tales como son la disponibilidad de equipos para mover losresiduos,disponibilidadde la
manode obra,condicionesclimticas (temperatura, lluvia, humedad, viento, etc.)
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El material amontonado debe ser colocado en la forma ms esponjada posible, para
permitir la entrada de aire entre los intersticios. La experiencia ha demostrado que la altura
ms conveniente de la pila vara de 1.00 m como mnimo a 1.80 m como mximo. La altura
debe ser mayor para climas fros. Las pilas muy altas sufren compactacin por el propio
peso, exigiendo volteos ms frecuentes para mantener la condicin aerbica de la masa
orgnica; en cambio, las pilas demasiado bajas tienen el inconveniente de que pierden calor
rpidamente, no alcanzando la temperatura ptima que se requiere para el desarrollo de los
organismos termfilos y la destruccin de los patgenos, por lo que la descomposicin de la
materia orgnica puede llegar a detenerse. Para evitar una excesiva prdida de humedad, se
recomienda que las hileras de residuos tengan de 2.40 a 3.60 m de ancho en la base. En
tiempo seco, la seccin puede ser trapezoidal, con un talud de 30 en relacin con la vertical,
ngulo que permite la estabilidad fsica de sus taludes.
Para climas lluviosos la seccin transversal de la pila debe ser redondeada para
permitir el escurrimiento de agua. El largo depende de la cantidad de basura y es posible ir
aumentando, diaria y progresivamente su longitud, hasta alcanzar el total que permita el
terreno. El volumen de los residuos digeridos por el sistema de pila en relacin con el
volumen original decrece en 20 a 60% y el peso se reduce de 50 a 80% del peso original.
1.El proceso de compostaje aerobio ocurre en fases distintas:En la primera de ellas se da una gran actividad de bacterias misofilias quienes
utilizan gran parte del carbono como fuente de energa expulsando CO2 y generando
calor debido a que las reacciones metablicas son de naturaleza exotrmica. La
generacin de calor incrementa la temperatura lo que da paso a una segunda fase, en la
cual la materia orgnica alcanza su bioestabilizacin a travs de reacciones bioqumicas de
oxidacin llevadas a cabo por organismos de naturaleza termoflicas; En la ltima fase
denominada de maduracin, la temperatura disminuye cuando mohos y actinomicetos
que contribuyen a la estabilidad del compost. (Grossi, 1993; Tchobanoglous, 1994).
2. Biologa del proceso de Compostaje
En general se puede afirmar que los microorganismos de inters en el compostaje
son organismos hetertrofos que utilizan compuestos orgnicos como fuente de energa y
desarrollan tejido celular a partir de nitrgeno, fsforo, carbono y otros nutrientes
necesarios.Los organismos responsables de la transformacin biolgica de los
materiales orgnicos en compost son los hongos, las bacterias y actinomicetos.
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Adicionalmente es comn encontrar agentes patgenos en las pilas de compost
especialmente cuando se utilizan materiales orgnicos como lodos de aguas residuales
domsticas o algunos tipos de residuos agroindustriales.
Durante el compostaje ocurren cambios cualitativos y cuantitativos en la microflora activa. Algunas especies se multiplican rpidamente al inicio cambiando el
medio ambiente y luego desaparecen para permitir ser sucedidos por otras poblaciones de
microorganismos. Lo anterior es debido a factores selectivos tales como, el contenido de
humedad, la disponibilidad de oxgeno, pH, temperatura y la relacin C/N(Carbono-
Nitrgeno), que determinan la prevalencia y sucesin de la poblacin microbiana .
La Tabla 2 resume la biologa y evolucin de especies en el proceso de compostaje
aerobio.
Tabla2Biologadelcompostajeaerobio
FASE Tiempo oTemperatura UFC/g
1E061E06 mesof ilos/g 1E06termofi los/g Evolucin de especies
Residuos
Frescos> 1 da Ambiente 8000 8000 0.1
Insectos, Gusanos y Huevos,
Protozoarios, semillas de
hierbas, Patgenos, bacterias,
Hongos.
Fase Mesoflica 15 horas 20 a 50 oC 5000 a 6000 5000 0.2
Eclosin huevos, larvas. Huida de
insectos, bacterias y hongos
mesofilicos
Primera fase
Termofila56 horas
50 a 65 oC 40 a
505 45
Destruccin huevos de larvas
insectos y tenia. Inicia
destruccin patgenos,
bacterias y hongos termofilos,
antibioticos.
Segunda fase
termofila12 das 65 a 75 C 10 a 5 1 12
Destruccin de Patgenos,
Salmonella, Bacilos
intestinales,Bacterias termofilas
y desaparicin de hongos
Fase Termofila
final15 das 75 a 45 oC 6 a 10 0.5 8
Destruccin final de patgenos.
Bacterias termofilas y
Actinomicetes.
Maduracin 20 das 45 a 25 o C 10 a 20 15 5
Desaparicin de Bacterias
termofilas y mesofilas,
Antibiticos, li bre de patgenos.
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MICROORGANISMOS PRESENTES EN EL COMPOSTAJE
Los hongos y actinomicetes son activos degradadores de la celulosa y otros materiales ms
resistentes. Muchas bacterias atacan la celulosa, pero hacia el final del compostaje, cuando la
temperatura disminuye, son hongos y actinomicetes los que predominan. Para asegurar una buena
actividad de estos organismos, es necesario mezclar los materiales en forma frecuente.
En la primera etapa actan enzimas hidroliticas extracelulares que liberan molculas menores,
solubles en agua. La actividad de varias enzimas ha sido monitoreada en el proceso. La actividad
celulasa disminuye la cantidad de celulosa en un 25 % en unas tres semanas. Las actividades de
lipasas, proteasas y amilasas aumentan y luego descienden en las sucesivas etapas del compostaje
(decrecen marcadamente en la fase termfila) La desnaturalizacin de enzimas se correlaciona con
la muerte del microorganismos; por el calor. La recuperacin del numero del microorganismos y la
actividad enzimtica en el interior de la pila luego de la fase termfila se atribuye la reintroduccin
de organismos que sobrevivieron en las zonas exernas, mas fras de la pila o a partir de
contaminacin por el aire. (Frioni 2011)
MICROORGANISMOS QUE INTERVIENEN
Bacterias
La mayora de las bacterias en el proceso de compostaje son aerobias, aunque tambin existen
algunas especies facultativas dependiendo de las condiciones del ambiente en que ocurre la
biodegradacin del sustrato.
Las bacterias en el proceso de compostaje se pueden clasificar de acuerdo al rango de
temperatura en el que se desarrollan: mesfilas para temperaturas entre 20 a 40 C y termfilas de
40 a 75 C.
Las bacterias son las responsables de la descomposicin de protenas, lpidos y grasas a
temperaturas termoflicas, as como de gran parte de la energa calrica producida que conduce al
incremento de temperatura en el material inicial.
Hongos
Los hongos son muy importantes en la descomposicin de materia orgnica compleja y de la
celulosa que es una de las partes ms resistentes de la materia orgnica, la que en algunos
materiales representa hasta el 60 % de la masa total.
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Los hongos se destruyen a temperaturas superiores a 55 C, aunque algunos permanecen en
estado de latencia reactivndose en la etapa de enfriamiento del compost.Kane y Mullins (1973)
aislaron diferentes especies de hongos durante las etapas mesoflica y termoflica de un
proceso de compostaje de basuras. De 304 especies totales, 120 eran del gneroMucor, 97
Aspergillus, 78Humicola, 6Dactylamices, 2 Torulay 1 Chaetomiun. Adicionalmente se observ
la presencia de hongos en la fase termoflica, a pesar de ello se ha concluido que su
crecimiento es limitado y se dificultad an ms si prevalecen condiciones cidas y anaerobias.
Actinomicetes
Los actinomicetos son un grupo considerado intermedio entre las bacterias procariotas ms
primitivas y los hongos eucariotas. Su estructura es muy similar a la de los hongos presentando un
micelio ramificado, compuesto de hifas unicelulares de dimetro muy reducido y cuando
fructifican, este se divide en trozos pequeos, formando verdaderas cadenas igual que las bacterias.
Los actinomicetos pueden resistir condiciones adversas, para su nutricin metabolizan toda
clase de materia orgnica (glcidos, almidones, alcoholes, cidos orgnicos etc.) generando
proteasas, amilasas, lipasas etc. Forman cidos orgnicos a partir de los glcidos y amoniaco a
partir del nitrgeno orgnico. Comnmente producen sustancias antibiticas, las cuales pueden
actuar sobre otras especies de actinomicetes, bacterias y hongos.
Algunas especies como los Thermoactinomycespueden crecer a temperaturas de 68C y nuncainferiores a 45 C, resistiendo las temperaturas que ocurren en el proceso de compostaje.
Organismos Patgenos.
Diferentes sustratos utilizados en el proceso de compostaje contienen organismos
patgenos que pueden afectar al hombre, a las plantas y a los animales. (Martin 1980), afirma que
los patgenos ms numerosos y peligrosos se encuentran en los lodos de las PTAR. De los
diferentes residuos que se utilizan para formar compost, los residuos vegetales son los que
contienen menor nmero de organismos patgenos.
El compost obtenido en un proceso bien controlado minimiza el riesgo de presencia de
patgenos, debido a los siguientes factores.
La temperatura alcanzada
El tiempo del proceso
Liberacin de amoniaco durante el proceso.
La relacin temperatura tiempo es el factor ms significativo de la causa de la muerte de lospatgenos. En la tabla 3 se presentan las temperaturas y tiempos de exposicin para la destruccin
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de algunos agentes patgenos. Las columnas identificadas como A y B indican el tiempo mnimo al
que debe someterse el residuo dependiendo si esta a temperaturas altas o moderadas.
Tabla 3. Temperaturas y tiempos para la destruccin de patgenos
FuenteHaug1993
En la tabla 3 se pone de manifiesto que la mayora de los patgenos sern destruidos
rpidamente cuando todas las partes del material de compost estn sometidas a una
temperatura de aproximadamente 55 C. Solamente unos pocos pueden sobrevivir hasta
temperaturas de 67 C durante un corto perodo de tiempo. Se pueden eliminar todos los patgenos
dejando que el material llegue a una temperatura de 70 C durante 1 o 2 horas.
La capacidad de supervivencia de los patgenos en el suelo y en las plantas se considera
fundamental desde el punto de vista de la aplicacin agrcola de estos residuos. La supervivencia
en el suelo es muy variable y va de pocos das( como es el caso de los quistes de protozoos) a
varios aos (como los huevos de Ascarislumbricoides). Conviene indicar que los patgenos
en el suelo pueden resistir mayores tiempos en ausencia de radiaciones solares,
prevalencia de temperaturas bajas y contenidos elevados de agua. Los virus y la mayora de losparsitos no se multiplican sino que resisten en condiciones adversas.
Salmonella
Tifosa
Salmonela sp 55 60 60 15-20
Shigela sp 50 60
Entamoeba
Histoltica
Taenia 55Pocos
Segundos
Larvas de
Trichinella
spiralis
Brucella
Abortis
Escherichia
ColiHuevos de 50 60
Ascaris
Lumbricoides
MicroBacteria
tuberculosis
66 15- 20 67 Poco
Microrganismo
o Temperatura
oC
Tiempo
(min)
Temperatur
a o C
Tiempo
(min.)
62.5 3
55 60 15-20
45Pocos
Segundos55
PocosSegundos
50Pocos
Segundos60
Pocos
Segundos
A B
55- 60 30 60 20
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3. Humedad
El control de humedad es un factor importante en el desarrollo del proceso de
compostaje ya que incide en el crecimiento bacteriano, debido a que los
microorganismos requieren agua para cumplir con sus necesidades fisiolgicas y no puedensobrevivir en ausencia de esta.
El contenido ptimo de humedad de los materiales para el compostaje es 50- 60%.
Cuando el contenido de humedad est por debajo del 30% en peso, las reacciones
biolgicas en una pila de compost se retardan considerablemente y la elevacin de temperatura
se limita; por debajo del 12% cesa prcticamente toda actividad biolgica, siendo el proceso
extremadamente lento. En contraste una humedad superior al 60% causa la saturacin de la
materia orgnica, todos los espacios vacos son ocupados por el agua, desencadenado olores
desagradables, descenso de la temperatura, lavado de nutrientes y prevalecen condiciones
anaerbicas.(Castro 1995)
En los procesos aerbicos el contenido de humedad est estrechamente relacionado con los
requerimientos de oxgeno. Si el contenido de humedad es demasiado alto los espacios entre
las partculas del material se saturan de agua, impidiendo el movimiento de aire dentro de la pila.
4. Temperatura
La temperatura de la masa de los materiales sometidos a compostaje sufre alteraciones durante
las diferentes fases del proceso debido a la interaccin de diferentes grupos de microorganismos.
En pocos das, de dos a seis, se llega a temperaturas mayores a 45 C ya que el metabolismo de los
microorganismos es exotrmico, por lo tanto en el proceso de descomposicin hay liberacin de
calor originndose un aumento de la temperatura.
En el proceso de compostaje, la mayora de los microorganismos se desarrollan a temperaturas
entre 35 y 55 C. Al alcanzar temperaturas entre 60 70 C, se garantiza la eliminacin de
semillas de malezas y muchos patgenos que estn presentes en el material a composta(Lpez 1995)
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Al inicio del proceso, el material se encuentra a temperatura ambiente. En la primera etapa
denominada mesoflica, sedaun calentamiento gradual debido a labiodegradacin del
sustrato, los microorganismos presentes en el material se multiplican rpidamente y la temperatura
se eleva hasta valores promedio de 45C . Durante este perodo se descomponen compuestos como
azcares, almidones y grasas.
Cuando la temperatura alcanza los 60 C, se presenta la etapa termoflica, en ella la
actividad de los hongos cesa y la descomposicin es llevada a cabo por los
actinomicetos y las cepas de bacterias que forman esporas. La velocidad de
descomposicin se modera y se alcanza el mximo de temperatura. En esta etapa se degradan
ceras, protenas, hemicelulosas y algo de lignina y celulosa. Se evita superar los 70C ya que el
proceso se convierte en una ignicin en el cual se empobrece en extremo la sustancia orgnica. .
(Dalzell et al., 1991).
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Pasada la etapa termofilica la temperatura desciende gradualmente hasta casi nivelarse con
la temperatura ambiente, bajo estas condiciones, los hongos termoflicos que sobrevivieron a
las temperaturas ms calientes de la pila realizan la degradacin de la celulosa.
La temperatura del proceso solo puede ser controlada indirectamente, variando lafrecuencia de volteo, normalmente esta cae de 5 a 10 C despus de su volteo, regresando
a las pocas horas a su valor anterior.
Estas tres etapas transcurren durante semanas, a lo largo de perodos ms o menos
largos que dependen de las caractersticas de los residuos utilizados. El tiempo total que pasa desde
la construccin de la pila hasta la madurez depender de la naturaleza de los materiales orgnicos,
de las condiciones de aireacin y humedad en la pila y de las condiciones ambientales (Dalzell et
al., 1991).
5. Aireacin
El aire suministrado en un proceso decompostaje cumple tres propsitos fundamentales:
Satisfacer la demanda de oxgeno necesaria para la descomposicin del material orgnico
presente en el material compostado: La cantidad de oxgeno presente en el proceso de
compostaje limita la velocidad de descomposicin de los residuos ya que este es
necesario para la respiracin de los microorganismos aerobios y para oxidar determinadas
molculas orgnicas de la masa de fermentacin, por ende es un factor determinante en la
calidad del compost final.Una transferencia deficiente de oxgeno, lleva a la sustitucin
de los organismos aerobios por anaerobios, lo que retarda el proceso en tiempos hasta
de 4 a seis meses. Adicionalmente se presentan problemas relacionados con la
generacin de olores.
Regular el contenido de humedad del sustrato a travs del secado: El aire
suministrado en el proceso arrastra parte de la humedad del material sometido a
compostaje, ayudando a su secado. Este fenmeno es importante especialmente
cuando se utilizan materiales de elevada humedad como lodos de Plantas de
Tratamiento de Aguas Residuales.
Remocin del calor generado durante la descomposicin orgnica con el propsito de
controlar el proceso de aumento temperatura. Un aumento incontrolado de la temperatura
influencia la actividad microbiolgica en el proceso de compostaje, ya que este depende de
la evolucin completa de todo un ecosistema microbiano y no de una especie nica, por
ejemplo a Temperaturas superiores a 70 C afectan a las bacterastermoflicas lo que no es
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beneficio para completar el ciclo del compost. El aire suministrado previene la anterior
situacin.
El aire en los sistemas de compost puede ser suministrado mediante volteo del
material o empleando compresores y/o sopladores. El sistema usado depende de la tecnologade compostaje seleccionada, que se discute en un apartado posterior.
6. pH
El valor del pH ptimo para el compostaje est entre 6.5 y 8.0. Si el grado de
descomposicin no es adecuado, el pH puede caer a valores entre 4 5, retrasndose el
proceso.(Tchobanoglous, 1994).
El pH del material fermentado varia en el desarrollo del proceso as: durante los
primeros das del compostaje el pH cae a 5 menos. Durante esta etapa el material orgnico se
encuentra a temperatura ambiente, comienza la reproduccin de microorganismos mesfilicos
y sube rpidamente la temperatura. Entre los productos de esta etapa inicial estn los cidos
orgnicos simples que causan la cada del pH. Despus de aproximadamente tres das, la
etapa llega a la temperatura termoflica y el pH debe subir de 8 a 8.5 unidades. El pH cae
ligeramente durante la etapa de enfriamiento y llega a un valor entre 7 a 8 en el compost
maduro (Moretti, 1986)
7. Relacin Carbono/Nitrgeno
En el proceso de compostaje el carbono es la fuente de energa utilizada por los
microorganismos para la activacin de sus procesos metablicos, mientras que el
nitrgeno, es el material bsico para la sntesis de material celular, por lo tanto la relacin
C/N es uno de los aspectos ms importantes en el balance nutricional del compost. Es
deseable que la relacin C/N este en el rango de 25:1 a 50:1en la mezcla inicial
(Tchobanoglous, 1994).
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Un exceso de carbono asociado a valores altos de la relacin C/N, limitan la sntesis de
material celular por parte de los microorganismos disminuyendo su crecimiento y retardando el
proceso de estabilizacin de la materia orgnica. Si por el contrario, la pila esta compuesta de
elementos ricos en nitrgeno se puede presentar solubilidad y posterior perdida de este
compuesto en forma de amoniaco gaseoso, lo que no es conveniente ya que en el material final
se pierde este valiosos elemento.
La relacin C/N se considera como un indicador del grado de avance del proceso, as
al inicio del proceso esta relacin debe ser del orden de 30:1 y al final cuando se alcanza la
maduracin del compost puede ser de 10:1 (Tchobanoglous 1994).
Los desechos disponibles para el compostaje con relaciones altas de C/N altas pueden
ser mezcladas con el estircol lquido de los establos, la harina de huesos, la harina de pezuas
y cuernos, y las tortas de aceite y sangre seca, ya que suministran nitrgeno, potasio y
elementos traza,. Tambin se pueden utilizar fertilizantes nitrogenados orgnicos tales
como la urea y el nitrato amonico (Dalzellt et al 1991).
En la tabla 4 se presentan los contenidos de carbono y nitrgeno para diversos
materiales.Tabla 4 Relacin Carbono/Nitrgeno de materiales tiles para compostar.
Material %Nitrgeno Base seca R elacin C/NOrina de animales 15-18 0.8
Sangre seca 10-14 3Harina de Pescado 4- 10 4- 5Torta de semilla Oleaginosa 3- 9 3- 15Lodos Activados 5- 6 6Gallinaza 4 NdHierba Fresca 2- 4 12Desechos de Cervecera 3- 5 15Basura Urbana 0.6- 1.3 10-16Aserrn fresco 0.1 500
5.2PROCESOS BIOQUIMICOS PRODUCIDOS EN UN PROCESO ANAEROBIO Y
AEROBIO
La glucolisis:
La gluclisis es la va metablica encargada de oxidarla glucosa con la finalidad de obtener
energapara la clula. Consiste en 10 reacciones enzimticas consecutivas que convierten a la
glucosa en dos molculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vas metablicas y as
continuar entregando energa al organismo.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ruta_metab%C3%B3licahttp://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Glucosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Piruvatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Piruvatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Glucosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ruta_metab%C3%B3lica -
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Hidrolisis:
Es la primera etapa de la degradacin de la materia orgnica es llevada acabo por enzimas
hidroliticas de mltiples microorganismos que utilizan los compuestos del sustrato.
Posteriormenteacta otro grupo que ataca los productos resultantes de la accin del primer grupo y
assucesivamente conformando una cadena trfica con una poblacin microbiana en equilibrio.
Fermentacin:
La fermentacin es la fuente de energa en las condiciones de anaerobiosis de La falta de
luz en este sistema. Los principales productos finales de hidrolisis la fermentacin son: CO2
H2,propionato,acetato y butirato .
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Existen bacterias que degradan el propionato y el butirato llevndolo a acetato CO2 H2, estas
bacterias actan sinrgicamente(sintrofia),con otros microorganismos que consumen el H2
producido de esta forma permiten que se establezca el primer grupo
Metanognesis:
Respiracin anaerobia) es la ltima etapa de la cadena trfica y las bacterias metanognicas
producen metano (CH4).
VI. MATERIAL DE ESTUDIO
6.1 ELABORACION DE COMPOSTA
Los mtodos tcnicos utilizados para la elaboracin de composta, estn clasificados en funcin
del tipo de descomposicin de la materia orgnica que realizan y se dividen en:
El proceso aerobio implica la descomposicin de los sustratos orgnicos en presencia de
oxgeno (aire) obtenindose como principales productos del metabolismo biolgico:
dixido de carbono, agua y calor. El compostaje aerobio ha tenido mayor aplicacin dada su
mayor flexibilidad, las altas velocidades de estabilizacin y la relativa fcil operacin de los
sistemas.
CAMELLON
Modelo de unidad de tratamiento para el compostaje.
Procedimientos para la elaboracin del proyecto, necesitamos.
- Antes de hacer el diseo del camelln de la composta aerobia y contenedor para la
composta anaerobia, necesitamos la materia prima, residuos orgnicos
domesticosobtenidos de diferentes hogares de la ciudad de Juliaca.
- Una vez recolectada la residuos orgnicos, se depositara en un rea de 1.00 x 1.50 m
tomando la temperatura y pH del suelo respectivo, se proteger con mallas para que no
1.50m X 1.00m
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puedan afectar en los alrededores de la facultad de ingenieras y para que se conserve la
humedad.
- En caso de estar muy seca se agregar un poco de agua o la cantidad necesaria para que se
conserve la humedad, esto depender de la cantidad y de que tan seca este.
- Finalmente se monitorea la temperatura, pH diariamente en tres horarios registrandose en
un cuaderno de campo.
6.2 MATERIALES
- Madera
-Martillo
-Clavos
-Tachuelas
- Contenedor
- Plstico
- Barbijo
-Guantes
-Cuchillo
-Termmetros digitales de suelo
-pHmetro
-Balanza o romana
-Materia orgnica (desechos de verduras y frutas).
-Rastrillos
-Carretilla
-Material de laboratorio de microbiologa (microscopio, cajas petri, agar o caldos nutritivos,
incubadora, autoclave)
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VII. DISEO DE INVESTIGACION
7.1 TIPO DE INVESTIGACION
Es de tipo descriptivo porque se monitorea parmetros qumicos, fsicos y biolgicos que se
generarn en este proceso de compost.
7.2 DISEO DE INVESTIGACIN.
El diseo de investigacin es experimental debido a que se trabaja con dos muestreos.
VIII. METODOLOGIA DE TRABAJO
1. Preparado del camelln: Para la instalacin del compostaje se prepara el camelln en el
campus de la ciudad universitaria con una medida de 2m x 2m
Imagen 01: Preparando el terreno con limpieza, delimitacin donde se instalara el compostaje
Imagen 02: Preparacin del terreno, realizado en el mes de Junio
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2. Obtencin de la muestra: La muestra obtenida para la realizacin del compost. Fueron los
restos orgnicos de los diversos mercados y hogares de nuestra ciudad (frutas, verduras,
tubrculos y otros desechos en descomposicin). Cabe resaltar que esta obtencin de muestra
se realiz en dos oportunidades y ambas fue en un da sbado, este da es propicio porque los
comerciantes y hogares se deshacen de sus residuos.
Imagen 03: Se observa a los integrantes del grupo en el acopio de residuos, se recolect ms
frutas.
3. Transporte de la muestra: Por la cantidad necesaria fue transportado en una camioneta de
carga de capacidad de 4 toneladas, y en forma individual recolectado de los diferentes hogares
de cada uno de los integrantes del equipo de trabajo
4. Pretratamiento o segregacin: Para asegurar un buen procedimiento del proceso de
compostaje, debe ser preparado una buena mezcla homognea de materia orgnica que cumple
las condiciones de no contener materias inorgnicas como plsticos, vidrios, metlicos u otros,
la materia orgnica debe desmenuzarse o picar en pedazos de 2 a 5 cm, la humedad de la mezcla
debe ser 40%60%, la relacin de carbono/nitrgeno (C/N) debe ser entre 20:1 y 40:1.
Para la instalacin la materia orgnica se midieron los siguientes magnitudes: peso en bolsas en
un promedio de 200 kg, temperatura del suelo 19.7C y un pH de 9.44
Para el compostaje anaerbico se compro un bidn azul con su respectiva tapa hermtica,
plstico negro, jebe, mangueritas de venoclisis con adaptadores especiales para que no ingrese
aire y un termmetro especial con la instalacin del bulbo en el ncleo del compostaje para
poder monitorear la temperatura y pH
Imagen 05: Desmenuzado y picado de la materia orgnica
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Imagen 06: Pesado de la materia orgnicaImagen 07 y 08: instalacin del compostaje
Imagen 09: Monitoreo inicial de temperatura y pH del compostaje
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Imagen 10: Instalacin del compostaje anaerbico
5. ireacin y Homogeneizacin de la masa en Compostaje: Debe de darse peridicamente y de
acuerdo a las etapas mencionadas en el marco conceptual. Siempre debe procurarse que los
movimientos de las parvas debe ser en los sentidos de que el material perteneciente al ncleo
de compostaje pase a formar parte de la corteza y viceversa.
Imagen 11: Aireacin del compostaje
6. Monitoreo de la temperatura y pHLa temperatura debe ser monitoreada en el ncleo del compostaje para lo cual utilizamos
termmetros en forma de varilla larga y para el compostaje anaerbico un termmetro digital
instalado permanentemente en el recipiente hermticamente cerrado, para un trabajo ms
cientfico se marco el lugar donde se tomo la temperatura y la muestra, para utilizarlo en una
siguiente medicin; para cumplir con este objetivo cada integrante del grupo utilizaba barbijo,
guantes, agua destilada, vasos precipitados, agitador , cuaderno de campo, termmetro de
varilla y un potencimetro.
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7. Control de Humedad y aireacin: Para el control del contenido de humedad, se
observaba constantemente con la mano y en muchas oportunidades regamos con agua y al
descender la temperatura se remova inmediatamente la materia orgnica para proporcionar
nutrientes a las bacterias descomponedoras
METODOLOGA DE LA RECOLECCION DE DATOS:1. El procedimiento de la recoleccin de datos fue: Medir la temperatura y pH dos veces por
da, tal como se describe en el siguiente cuadro:
Temperatura Hora
Maana 8:00am
Tarde 2:00pm
2. Reuniones peridicas del equipo para evaluar los datos y la humedad del mismo y as
determinar las fases en las que se encontraba el compostaje aerbico y anaerbico
IX. RESULTADOS
Resultados del monitoreo de Temperatura y pH.
Se presenta tabla de registro de temperatura y pH en dos tipos de compostaje
aerbico y anaerbico durante 13 das:
TABLA N 01
MONITOREO DE TEMPERATURA Y pH
DIAS DEL MES
DE JULIOHORA PROCESO AEROBICO PROCESO ANAEROBIO
T pH T pH
Dia 1 19.8 5.8 19.8 5.8
Dia 208:30 18.8 7.13 4.2
09:30 18.8 7.15 4.2
Dia 316:50 16.2 8.5 8 4.2
07:55 17.8 8.9 8.2 4.17
Dia 4 09:30 13.9 9.13 4.16
14:00 14.2 9.57 4.22
Dia 609:30 14.8 9.33 4.18
14:00 14 9.3 4.12
Dia 708:00 15 9.2 14.8 4.1
14:00 14.8 9.3 14.7 4.5
Dia 8
Dia 915:15 13.1 9.8 4.22
09:35 10.7 8.3 10.5 4.24
Dia 1009:45 13.1 9.45 4.12
-
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Dia 1115:00 13.2 9.83 4.25
10:50 13.5 9.45 4.22
Dia 1214:20 13.9 9.3 4.21
09:00 13 9.3 13.2 4.2
Dia 13
14:00 14.1 9.7 14.3 4.3
12:00 13.5 9.86 4.35
CUADRO 01: Correspondiente a la tabla1 donde observamos los valores mximos y
minimos de temperatura del ncleo del compost y pH
CUADRO N 01
VARIACION DE TEMPERATURAS Y pH
Interpretacin de Resultados.
- En el proceso aerbico de compostaje se observa que la temperatura vara entre 19,8 C y
13.1 C
- En el proceso anaerbico de compostaje se observa que la temperatura vara entre 14.3 C
y 8.0 C
- En el proceso aerbico de compostaje se observa que el pHvara entre 7.13 a 9.86 comomximo
0
5
10
15
20
25
08:30
09:30
16:50
07:55
09:30
14:00
09:30
14:00
08:00
14:00
15:15
09:35
09:45
15:00
10:50
14:20
09:00
14:00
1 2 3 4 6 7 9 11 12 13
PROCESO AEROBICO T
PROCESO AEROBICO pH
PROCESO ANAEROBIO
T
PROCESO ANAEROBIO
pH
-
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- En el proceso anaerbico de compostaje se observa que el pH oscila entre 4.2 a 4.5
X. CONCLUSIONES:
En el proceso de la elaboracin de compostaje no se llego a observar la fase termfila,
porque a influenciado la temperatura del ambiente en este periodo de invierno con un
promedio de7C
La optimizacin del manejo de los residuos orgnicos a travs del proceso de
descomposicin en medio aerobio y anaerobio no dieron resultados eficaces debido a las
condiciones no adecuadas como: temperatura, humedad, nutrientes de carbono y nitrgeno
para el desarrollo de las bacterias.
La falta de seguridad en la ciudad universitaria complico el desarrollo de la investigacin
por las constantes perdidas de instrumentos como termmetros.
XI. BIBLIOGRAFIA
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