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Sistemas industriales de compostaje: indicadores de proceso, calidad de producto

final y destino de uso de la producción

Maria Mercedes Martínez S. PhD Grupo de Investigaciones en Agricultura Tropical y Subtropical (TROPEN),

Instituto de Recursos Naturales y Agricultura,

Universidad de Bonn, Alemania.

Grupo de Investigacion en Suelo, Planta, Agua y Ambiente (Chile)

Taller. Producción y calidad de Compost y otros productos Carbonados. Abril 2016

Que se hace con los Residuos????

1 tn seca residuos de alimentos: 0,25 tn CH4 / 120 dias

Compostaje

Transformación Biológica de Residuos

Aeróbico

Temperatura

Humedad

Eliminación de patógenos

Línea de Proceso y Puntos Críticos

Entrada de material

Aceptabilidad/

Selección

Almacenamiento Pretratamiento

Tratamiento Sanitización Maduración Refinación

Almacenamiento Venta/ Mercadeo 1. Inspeccion visual y analisis –lab, peso, C/N; Hum 2. Control Interno de Operaciones: T° / aireación 3. Control de Sanitizacion: T°/time + lab 4. Control de calidad de producto final: Normas-lab

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Condiciones de Operación

• Materia Prima – Tipo, peso, caracteristicas C/N, humedad

• Condiciones de Operacion/ sanitizacion:

– Monitoreo tiempo/ temperatura • 55 °C por 2 semanas minimo, o 65°C (60°C en plantas

cerras) por 1 semana.

– Buenas practicas para manejo de planta • reducción de olores y emisiones • Refinacion y separacion de impurezas • Inspecciones regulares a la planta.

Windrow- pilas (abierto)

• Agricolas- green waste • Materia prima triturada: 5-10 cm

• Pilas largas: windrows • 1,5-3m alto y 2-6m ancho: • Area disponible

– 3m alto, 4m ancho 50m largo (Tchobanoglous, 2002) • Area de 200 a 500 m2 materia prima/ dia

– 0.50-1.0 m2 / Tn/ year (Golder Associates Ltd, 2009) – 1.5 m2 / Tn/ año (McDougal et al. (2002) .

• Triangular/ trapezoide: tipo de material y operacion de volteo

La Rosa-Sofruco, Chile

• Volteo regular: manual o mecanico

• Consumo de energia: • Combustible (20.59 kWh/Tn) y electricidad (8.41

kWh/Tn) (Van Haaren et al. ,2010; Grontmij and IVAM (2004)

• Consumo de agua: 0.14-0.33 m3 /Tn (Cadena et al. 2009)

• reponer evaporacion

• Proceso 8-20 semanas

• Estabilizar,compostar, madurar

Ingenio Providencia, Colombia

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Pilas cubiertas – covered windrow

Pilas estáticas aireadas Suelo con perforaciones Flujo de aire soplado o aspirado • Aerobiosis • Control de temperatura Cubierta: • Impermeable-transpiracion • retiene olores

FAIRBANKS, Alaska Wastewatertreatment-composting plant

Aireación

Energia: 18.3 kWh/Tn (Van Haaren et al., 2010)

15.00 kWh/Tn y electricidad (3.3 kWh/Tn ) 25.2 kWh/Tn (Glaub et al. , 1989) 30-60 kWh kWh/Tn, electricidad para aireacion forzada Fricke et al. (2005). Consumo de Agua: 0.14-0.33 m3 / Tn (Cadena et al. 2009)

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Evolución de la temperatura Temperaratura de Proceso

Bovino

Compost aje ( dias de proceso)

Termofilica Maduración

0 15 20 180 270

CE (mS/cm-1) 12,3 8,10 2,8 2,9 3,0

pH 8,26-8,30 8,07-8,86 9,20-9,40 9,50-9,6 9,18-9,27

C tot 39-45 38-40 32-35 33-36 25-27

N tot 2,2 2,4 2,9 3,1 2,4

C/N 17 18 11,5 10,7 10,5

COD mg/kg dw 7000 7300 3400 3100 2200

NH4 mg/kg w 600 1200 300 120 250

NO3 20 700 20 50 70

NH4/NO3 80 17,7 15 2,4 3,57

P disponible 170 350 120 110 70

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Humedad

La Rosa-Sofruco, Chile

Lixiviados

• Exceso de humedad • Mosquitos, moscas y malos olores

• Contaminantes de napas freáticas y aguas superficiales: N

• Líquidos generados o sobrantes del proceso • Pequeñas o ningún lixiviado

• RSM y jardin: 0-0,4 m3/Tn (Komilis and Ham, 2004), • 0.030 m3 (Krogmann and Woyczechowski ,2000)

• Reciclar en la pila

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Palmar de Oriente, Colombia

Canalizar las calles Conformar pilas con superficie plana o concava (EPA, 1995)

Excesos de Lixiviados deberan tratarse en Plantas de Tratamiento (PTAR)

Sistemas Confinados

1. Tunel 2. Tambores 3. Torres 4. Boxes

Túneles de Compostaje

• Batch / entrada continua

• Aireación forzada / agitacion mecánica

• Automatización

– Temperatura de los gases de entrada

– Temperatura de los gases de salida

– Temperatura de la masa

– Nivel de O2, CO2 y NH3 tanto en masa y gases

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Tuneles de compostaje con membrana

Boxes

• Areas: 0.2-0.7 m2 / Tn/año/ (Golder Associates Ltd , 2009)

• Energia: 55 kWh/Tn (Van Haaren et al., 2010)

• 0.14-0.33 m3/Tn (Cadena et al. 2009)

Confinados en Hall - cerrados

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Tamizado- Impurezas

Destino Final

….. Según calidad

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Estabilidad y Madurez

Grado de descomposición y transformación de la materia orgánica

Estabilidad Actividad microbiana en el sustrato (compost) Biomasa microbiana Respirometría

Evolución de CO2 y /o tasa de toma de O2

Contenido de ATP Enzimas: B glucosidasas, ureasas, fosfatasas,

deshidrogenasas

Bustamante et al., 2010; Martinez et al., 2012

Bio

mas

C

Bio

mas

C

Tiquia, 2005

I, inicial; II termófila; III: estabilización; IV. Madurez

Enzyme activity final time

0,01000,0

2000,03000,04000,0

5000,06000,0

Pile 3 Pile 5 Pile 6 Pile 12

Enzy

mat

ic u

nit

(u

g d

e p

rod

uct

o/g

*h

)

Acid phosphatases Alkaline phosphatasesB-Glucosidases UreasesDeshidrogenases

International Symposium- Organic Matter & Compost Use in Horticulture. Adelaide, April 2011

b

a

a a b

a a a

Parametros NTC 2880/15

Parámetros generales Parámetros especiales

− Material inerte

− Metales pesados totales:

Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb y Zn,

− Humedad (Lodos)

Parámetros obligatorios para todos los tipos de compost

Físicos

Distribución del tamaño de partículas ; Densidad aparente

Material inerte

Humedad

Químicos

Carbono orgánico ; Nitrógeno total

Metales pesados totales: As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb y Zn

Conductividad eléctrica

pH

Orgánicos y biológicos

Materia orgánica

Índice de madurez

Alternativa 1 Alternativa 2 Elegir un parámetro entre:

evolución de CO2 o indice de madurz solvita

absorción de O2, o semillas de malezas

autocalentamiento

Elegir un parámetro entre: relación amonio/nitrato, o

Acidos grasos volátiles Germinacion de rabanitos

Patógenos

Coliformes fecales

Salmonella sp

Parámetro obligatorio para compost para agricultura

orgánica

Químico Selenio total

Parámetro que puede ser requerido por la autoridad

competente

Patógeno Huevos viables de helmintos

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Parámetro Alemania Austria USA Chile

CE <2,5 g/lb <2,5 g/l <2 mmhos/cm Libre

N disponible mg/l

<300 <800 100-300 >1

PO4 mg/l <1200 <800 800-2500 >1

Potasio mg/l <2000 <1500 500-2000 >1

Materia orgánica %

>15 >20 >30 >20

pH declararlo 5.5-70 6-7 5-9

Sugeridos para producto final

Wiener & Kern, 1994

USOS

• Enmienda de Suelo

• Control de la Erosión

• Paisajismo

• Remediación de suelos

• Biofiltración

Enmienda Orgánica Variable Unit

pH 7.82E.C. (dS/m) 0.86Humidity % 47.2

TotalCarbon % 22.5

TotalNitrogen % 1.3C/Nratio - 16TotalPhosphorus % 0.24TotalPotasium % 1.45N-NO3 ppm 229N-NH4 ppm 185N-NO3/N-NH4 - 0.81ExtractableN ppm 414P-Olsen ppm 448ExtractableK cmol/kg 43.2NMPSalmonellasp. NMP/g <L.D.NMPE.coli NMP/g <L.D.

Type A Compost: Chilean Standard 2880 Viña La Rosa, 2013

Compost y Energia

NRW, Deutschland

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Tratamiento de Residuos

• Forestales/ Ornamento

• - 3,0 mio t Alemania

Control de Erosion/Paisajismo

Bioremediación Aire tratado

Línea de aire Distribución de aire

Flujo de aire

Aire

Aire

Biofilm

Agua Compost

Biodegradacion

Worcestershire ,UK Oxidación Biológica de Amonio

A O B

Compost maduro AOB

Compost maduro AOB

Murcia, Spain

Análisis para compost y otras enmiendas organicas.

Analisis Bioquimico

Analisis Quimico

Analisis Microbiologico

Inocuidad Toxicidad

β Glucosidasas CO, MO WSC

Hongos totales Levaduras

E. coli % germinación

Fosfatasas N Total Nematodos Coliformes fecales

Acidos volatiles

AMO N-NO3/N-NH4 Patogenos segun cultivo

Salmonella sp

N2O, CH4

Ureasas pH Trichoderma

Deshidrogenasas

CE Bacillus, Pseudomonas, Grupos funcionales

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Ingenio Providencia, Colombia

Conclusiones

• Sistemas Industriales de Compostaje

– Oportunidad de mercado y para el planeta • Reducir emisiones

• Generar materia orgánica de uso agrícola

– Economía Circular • Diseño

• Reuso

• Reciclaje

• separacion

• Estrategia de compostaje – Área – Recursos técnicos,

económicos y humanos – Calidad deseada

• Uso

• Usos múltiples: agrícola, ambiental

• Agrícola – Normas Nacionales – De sellos internacionales

Globalgap Fair Trade USDA Organic….

MUCHAS GRACIAS