proyecto de caracterización y tipificación del compost producido en

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Transcripción

proyecto de caracterización y tipificación del compost producido en
SoilACE
I International Conference on SOIL AND COMPOST ECO-BIOLOGY
León (Spain) September 15th-17th 2004
PROYECTO
PROYECTO DE
DE CARACTERIZACIÓN
CARACTERIZACIÓN Y
Y TIPIFICACIÓN
TIPIFICACIÓN DEL
DEL COMPOST
COMPOST PRODUCIDO
PRODUCIDO EN
EN ESPAÑA
ESPAÑA
Iribarren, I.; Fdez-Canteli, P.; Callaba, A. Instituto Geológico y Minero de España (IGME) Ríos Rosas, 23. 28003 Madrid. España. [email protected]
Huerta, O.; López, M.; Soliva, M. Escola Superior d´Agricultura de Barcelona (CEIB-UPC) Urgell, 187. 08036 Barcelona. España. [email protected]
Introducció
Introducción
Estado del Proyecto
Toma de Contacto
El Ministerio de Medio Ambiente, en colaboración con
el Instituto Geológico y Minero de España y la Escola
Superior d’Agricultura de Barcelona (Universitat
Politècnica de Catalunya), inició en 2003 un proyecto
para la caracterización y tipificación del compost
producido en España a partir de residuos sólidos
urbanos, lodos de depuradora y otros.
Se han muestreado un total de 30 plantas de compostaje distribuidas en el territorio nacional según muestra el mapa,
representando en color verde las Comunidades Autónomas ya muestreadas y en color amarillo aquellas que están pendientes de
muestrear. Con el resto de comunidades se está en espera de confirmación de autorización para su inclusión en este proyecto.
La toma de contacto comienza con el envío de una carta desde la
Subdirección General de Calidad Ambiental donde se pone en
conocimiento de las Comunidades Autónomas el propósito del
proyecto y se solicita su participación mediante la selección de
aquellas plantas que deseen que sean objeto de estudio. Una vez
que llega la respuesta, se contacta con cada una de las plantas para
concertar el día de la visita.
5
•
•
•
•
•
Comercial
Materia Orgánica Total, Materia Orgánica Resistente y Grado Estabilidad
Fecha muestreo
Referencia
pH
•
•
•
•
•
•
•
pH
Eh
Coloración
Índice de Germinación
N-NH+4 soluble
N-NO-3
C soluble
-1
Con los resultados obtenidos en el
laboratorio, así como con los datos
recogidos en las diferentes plantas
visitadas, se está realizando una base de
datos Access. Una vez recopilada la
información se procederá a su tratamiento
estadístico.
• Norg soluble
• Curvas de neutralización
• Indice inmovilización N
• Aniones y cationes
• AOV
• Análisis microbiológicos
mg kg
% Materia Orgánica Total
100
CE dS/m
Extracto acuoso 1/5 (P/V)
etiquetada
RESULTADOS DE LA PLANTA DE .......
Muestra
60
80
50
70
N-NH4 Soluble
60
mg kg-1 N-NO3
50
%M.O.T
30
% Norg
20
40
30
40
20
10
0
20 04
70
%P
60
%K
50
40
%Ca
70
%Na
0
0
100
200
300
0
100
200
300
400
500
50
40
mg kg-1 Mn
30
mg kg-1 Cu
20
mg kg-1 Ni
10
mg kg-1 Cr
0
400
500
%
50
mg kg-1 Zn
Grado II
20
10
-1
mg kg
0
20 03
2 00 4
Pb
mg kg-1 Cd
Toda esta información debe regresar a las
plantas partícipes del proyecto. En este
sentido, a cada una de ellas se les hará
llegar un informe personalizado con las
analíticas
realizadas,
donde
puedan
comparar su situación respecto a las otras
plantas pero siempre de forma anónima,
creando así una herramienta compartida
de mejora.
• N- NH+4 total
Destilación directa en medio NaOH
• N- NH+4 + N fácilmente hidrolizable
Digestión ácida
• Hg total
• Test de Autocalentamiento
Muestra seca
al aire o
estufa 40ºC
•
•
•
•
Respirometrías
Incubaciones/mineralización
Contaminantes orgánicos
(Test de Autocalentamiento)
• MOT
• Calcinación 560ºC
Muestra
seca 105ºC
Molienda
• Digestión y electrodo
selectivo
• Nk (Norg)
%GE = MOR/MOT
• MOR, NnH
%NnH/Norg
• Hidrólisis ácida
• CO32-
• Calcímetro de Bernard
Muestra
seca y
etiquetada
C/N
Se contempla la posibilidad de crear un
forum de opinión y de intercambio de
información entre plantas.
%MOT/CO32-
Nitrogen amoniac al
mg/kg
mg /kg
Contenido en Impropios
Nitrog en nítric
ica
ím
qu
4000
6000
3500
5000
3000
4000
2500
3000
2000
1500
2000
1000
1000
ri
to
ra
bo
La AB
t
os ES
mp
co
500
0
si
àli
an
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
2003
2004
3,0
2,5
si
àli
An
2,0
1,5
1,0
2003
2004
de
2003
Nitrog en Resistent
%
Nitrogen Orgà nic
%
5,9
1,8
11,8
1%
1,6
1,4
1,2
33,7
1,0
48,6
0,8
99%
0,6
0,4
0,5
0,2
0,0
2003
0,0
2004
2003
2004
<2
2-5
Metales: Situac ión respecto Legislac ión española
Zn
1400
Zn BOE
Cd
ppm
1200
Cd BOE
ppm
12
800
700
500
6
600
2
0
0
20 03
20 03
Cu
Cu BOE
ppm
500
si
àli
An
400
300
200
100
de
m
co
ri
to
ra
bo
La AB
st ES
po
q
2500
6,3-12,5
Compost seco sin impropios
Cr
Cr no rm
cr Classe 1
Cr Classe 2
Cr M O est able
ppm
900
1400
1200
100
0
20 03
2 00 3
0
2 00 3
ri
kgto
m . s.
⋅ ra
o(100 A− BMO ) ⋅ 70
Lab ES
mg Metal
kg m . s .
Pb
Pb B OE
ppm
900
800
700
ppm
6
600
lisi
A ná
5
500
400
4
300
3
200
2
2 00 3
sd
po
om
Cd
Cd norm
Cd Classe 1
Cd Classe 2
Cd M O est able
ec
qu
800
ális
o an
200
0
ppm
1000
500
400
300
500
100
1600
800
700
600
1500
1000
300
200
0
2 00 3
Zn
Zn no rm
Zn Classe 1
Zn Classe 2
Zn M O estab le
ppm
2000
100
0
5-6,3
Impropios
Metales: Situac ión respecte a la futura legislac ión europea
Cr B OE
400
4
400
200
si
àli
an
600
8
800
Cr
ica
uím
ppm
900
10
1000
600
• P, K, Ca, Mg, Na
• Fe, Mn
• Cu, Zn, Pb, Cr, Ni, Cd
• Calcinación 470ºC y disolución
de cenizas en HNO3 3N
2 0 04
m
co
deGrado de estab ilidad
60
%Fe
40
30
-10
si
àli
An
%Mg
20
10
ica
ím
qu
2 0 03
b
La A
s t ES
po
%GE (MOR/MOT)
%NnH (Nresistente)
%NnH/Norg
30
si
àli
an
0
2 00 3
%MOR
Formas de Nitrógeno
Extracto KCl 1/5 (P/V)
ri
to
ora
B
10
C/N
% Materia Orgá nica Resistente
70
90
%HUMEDAD
Muestra
húmeda
Los parámetros determinados para la
realización del proyecto (color azul) y
el procedimiento seguido se muestran
esquemáticamente
en
el
cuadro
adjunto.
La visita a las plantas se inicia con una entrevista al gestor o
responsable de la planta sobre los aspectos técnicos y de
mantenimiento de las instalaciones. Posteriormente, se realiza una
visita al área de trabajo durante la cual se toma una muestra
representativa del compost producido y preparado para
comercializar y, en su caso, se concluye con un reportaje
fotográfico.
Informes de Planta
Color
Olor
Homogeneidad
Impurezas
Tacto
• Humedad a 105ºC
Muestra
congelada
etiquetada
Del total de muestra tomada, una
parte se mantienen congelada a unos –
20 ºC por si es necesario repetir en un
futuro alguna determinación analítica.
8
Se han recogido, hasta el momento, 35 muestras procedentes de estas
30 plantas. Además se recibieron en el laboratorio un total de 9
muestras enviadas por otras plantas no muestreadas, que hacen un total
de 44 muestras analizadas.
Valoración
sensorial
MUESTRA DE COMPOST
Las muestras son preparadas para su
análisis el mismo día que llegan o bien
se mantienen en una cámara entre 0 y
4ºC durante tres días como máximo.
Trabajo de Campo
26 de RSU
2 de Lodos de Depuradora
1 de Estiércoles
1 de FORM (fracción orgánica de residuo municipal separada en origen)
13
Preparació
Preparación y aná
análisis
de las muestras
Las
muestras,
etiquetadas
convenientemente en planta para
asegurar su trazabilidad, son enviadas
al laboratorio de l’Escola Superior
d´Agricultura de Barcelona el mismo
día de su recogida.
Aunque la mayor parte de las plantas visitadas se corresponden con
plantas de tratamiento de residuo sólido urbano en masa (RSU) también
se han incluido otros tipos. En particular:
4
Este proyecto surge a raíz de las obligaciones
derivadas del Plan Nacional de Residuos Urbanos
(2000-2006) en el que se establece la obligación de
elaborar una norma sobre calidad del compost. Por
otra parte, a escala comunitaria, la elaboración de
una directivas sobre Tratamientos Biológicos de
Residuos y la revisión de la Directiva de Lodos, así
como el desarrollo de la Estrategia Temática de
Protección del Suelo justifican la necesidad de este
proyecto. La explotación de los datos obtenidos
permitirá disponer de información relativa a las
características y problemática de la producción del
compost en España, necesario para el primer caso, y
evaluar el impacto y las oportunidades que pueden
suponer estas iniciativas comunitarias.
st
1000
is
600
Pb
Pb no rm
Pb Classe 1
Pb Classe 2
Pb M O estab le
ico
ím
400
200
0
20 0 3
MM
norm
Cu
Cu no rm
Cu Classe 1
Cu Classe 2
Cu M O estab le
ppm
900
800
700
600
500
400
300
200
1
100
0
0
2 00 3
20 0 3
Materia Orgá
Orgánica
Nitró
Nitrógeno
Fósforo y Potasio
El proceso de compostaje tiene por objeto estabilizar y reducir la
materia orgánica total (MOT) del material o materiales de partida. La
materia orgánica resistente (MOR), determinada por ataque de la
muestra en medio ácido y condiciones controladas, está relacionada
con el contenido en ligninas y sustancias semejantes a las sustancias
húmicas del suelo. El cociente entre el contenido en MOR y en MOT,
expresado en porcentaje, se denomina grado de estabilidad (GE %).
El estudio de las diferentes formas de nitrógeno tiene relevancia por
su implicación agronómica y porque indica cómo se ha desarrollado el
proceso de compostaje, fundamentalmente desde el punto de vista de
la conservación del N. El contenido en Norgánico tiene que incrementarse
relativamente a lo largo del proceso, dependiendo de la proporción
inicial de C/N así como del control del mismo. Parte de este nitrógeno
ha de estar incluido en la MOR por lo que su mineralización será lenta.
Composts más estabilizados contienen mayor proporción de Norgánico en
forma resistente. El contenido en N-NH+4 tiene que disminuir a lo
largo del proceso por su inclusión en la biomasa, en moléculas más
estables y por su transformación en nitratos.
Conocer el contenido de estos macronutrientes en el compost resulta indispensable para adecuar su uso agronómico.
Estos parámetros también informan del origen de las materias primas utilizadas. En las gráficas se observan
diferencias entre procedencias: compost de RSU („), lodos („), estiércol („) y FORM („).
Metales Pesados
El contenido en nitrógeno orgánico y resistente es bajo para las
muestras analizadas: en el primer caso la media ronda el 1,5% y en el
segundo está siempre por debajo del 0,8%. Respecto al amoniacal,
existe una mayor dispersión de valores entre las muestras, que de
forma conjunta ofrecen una media alrededor de los 1700 ppm.
Los contenidos en algunos metales de las muestras analizadas se han
comparado con los valores límite de la legislación española y con los
propuestos en el borrador de la nueva legislación sobre fertilizantes y
afines.
Es importante que el compost contenga del orden del 40-60% en MOT,
pero que ésta sea estable, es decir, con un elevado GE (>45%).
Contenidos elevados de MOT con bajo GE indican un proceso de
transformación incorrecto. Contenidos bajos de MOT acompañados de
GE bajos indican, además de un incorrecto proceso de transformación,
mala calidad del material de partida.
La mayoría de las muestras analizadas contienen una MOT aceptable
pero un GE medio de sólo el 40%.
80
35
Materia orgánica total (%)
70
3,0
Materia orgánica resistente (%)
25
50
1,2
20
10
10
5
0
Muestras analizadas
0,4
0,2
0,0
0,0
Muestras analizadas
%GE = MORx100/MOT
Muestras analizadas
6000,0
Nitrógeno amoniacal (ppm)
5000,0
70
4000,0
Grado de estabilidad (%)
60
3000,0
50
2000,0
40
30
1000,0
0,0
0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0
Muestras analizadas
Muestras analizadas
Legislació
Legislación españ
española actual
(Orden de 28 de mayo de 1998 sobre fertilizantes y afines. BOE nº
nº 131 de 2 de junio de 1998)
La línea roja recoge el contenido máximo permitido en la legislación
española y la de color azul el valor promedio de todas las muestras.
Como puede apreciarse las medias siempre se sitúan muy por debajo de
los límites marcados (especialmente significativa en el caso del Cd).
Cd
Cd BOE
ppm
12
El contenido en metales pesados ofrece muy poca información sobre el
proceso de compostaje desarrollado en la planta. No obstante, sí está
relacionado con la calidad de las materias primas utilizadas, donde los
gestores pueden hacer muy poco sin el apoyo de administraciones
públicas y locales en materia de recogida selectiva.
Muestras analizadas
Muestras analizadas
Zn
Zn BOE
ppm
1400
1200
10
1000
8
800
6
600
4
400
2
200
0
0
Muestras analizadas
ppm
600
Muestras analizadas
Cu
Cu BOE
900
Pb
Pb BOE
ppm
800
500
700
400
600
500
300
400
300
200
100
100
0
0
Muestras analizadas
Muestras analizadas
Propuesta nueva legislació
legislación españ
española
Cd
3,5
ppm
Clas e A
Clase B
Clase C
Zn
1400
3,0
1200
2,5
1000
2,0
1,0
Clase C
400
200
0,0
0
Muestras analizadas
Clase A
Clase B
ppm
Clase C
Muestras analizadas
Pb
900
Clase A
Clase B
Clase C
ppm
800
500
700
600
400
500
300
400
300
200
200
100
0
Clase B
600
0,5
600
Clase A
ppm
800
1,5
Cu
20
10
Potasio (%)
2,0
0,5
200
0,6
0,5
3,0
2,5
1,0
Con la propuesta actualmente en preparación se pretende una
transición progresiva hacia niveles de calidad más estrictos y próximos
a lo que se espera que sea la futura legislación europea. La propuesta
establece tres niveles de calidad según el contenido en metales (clase
A, B y C), quedando su posterior uso tipificado según éstas. Los
resultados muestran que algunos metales pueden presentar
dificultades de adecuación a la norma, limitando así las posibilidades
de uso de los compost producidos. Debería estudiarse el origen de
estos metales para determinar si es posible alcanzar los límites
propuestos.
0,8
1,0
0
Muestras analizadas
1,0
1,5
15
30
Fósforo (%)
1,5
Nitrógeno orgánico resistente (%)
1,4
2,0
20
40
1,8
1,6
2,5
30
60
Nitrógeno orgánico (%)
3,5
2,5
2,0
100
Muestras analizadas
0
Muestras analizadas
Indicadores de Calidad del Proceso
Impropios
Situació
Situación actual de las plantas
Para definir la calidad del compost como enmienda orgánica se han seleccionado ciertos
parámetros ligados al manejo del proceso de compostaje y a la posible aplicación del compost.
Su representación mediante un gráfico de estrella, en los que dichos parámetros
debidamente ponderados se representan de forma conjunta, permite obtener figuras
fácilmente comparables con una patrón definido para un compost de calidad aceptable. Los
parámetros considerados han sido:
Se estimó oportuno cuantificar el contenido en impurezas del compost (vidrios, plásticos, piedras,
etc.), habitualmente llamadas impropios, al observarse su elevado contenido en algunas de ellas.
Las figuras 3 y 4 muestran, a la izquierda, la proporción en peso de los impropios presentes en el
compost secado a 105ºC y, a la derecha, el contenido porcentual de las diferentes fracciones
granulométricas del compost en fresco. La figura 3 correspondería a una muestra con un
contenido muy elevado en impropios que imposibilita su utilización agronómica, mientras que la
figura 4 representa una muestra con un nivel muy bajo en impropios.
La relación impropio y fracción granulométrica de estos ejemplos sugiere que las plantas optan
por el uso de mallas más pequeñas para reducir este contenido al ver muy difícil la posibilidad de
mejorar los materiales de entrada.
Uno de los objetivos de este proyecto consiste en conocer las
limitaciones con las que se encuentran las plantas de compostaje para
conseguir, entre todos, la mejora de los procesos de compostaje y la
obtención de compost de calidad sin limitaciones de mercado.
CE:
Indica aspectos relacionados con la materia prima y los posibles usos
del compost.
N-NH4+ y Norg: Se tienen en cuenta por su relación con un buen proceso de compostaje
y conservación del nitrógeno, además de por su capacidad
fertilizante.
MOT y GE:
Estos parámetros deben ser considerados por la propia definición de
proceso de compostaje (estabilización de la MOT) y por la finalidad
del compost como enmienda orgánica de calidad (estable).
Figura 1
10xCE
250
20
0
150
100
NH4/20
10xCE
100xNo rg
15 mm
100xNo rg
50
0
1xGE
100
40
NH4/20
Figura 1: Muestra correctamente compostada
y muestra compostada de forma incorrecta
(izq.). La figura delimitada por la línea roja
sirve como patrón de comparación de una
muestra con unos parámetros de calidad
aceptables.
100xNo rg
20
0
1xM O
1xGE
94,6
99%
<2
5-6,3
12,5-40
2-5
6,3-12,5
Compost seco sin impropios
Impropios
<2
6,3-12,5
Figura 4
2-5
12,5-40
5-6,3
80
60
100xNo rg
0
1xGE
Figura 3
120
20
1xM O
Compost seco sin impropios
Impropios
10xCE
12 mm
4,6
33,1
9,3
24,4
100
80
40
NH4/20
0
1xM O
120
60
100
NH4/20
50
1xGE
Figura 2
10xCE
250
20
0
150
1%
6,5
26,8
54%
46%
1xM O
Figura 2: Material producido en una misma
planta pero con diferente tamaño de malla (15
y 12 mm respectivamente) en el afinado final.
Después de un largo periodo de almacenaje
para ambas, la muestra cribada a 12 mm ha
sufrido condiciones más anóxicas por lo que
hay un mayor contenido de nitrógeno
amoniacal en detrimento de N org.
La siguiente gráfica recoge el porcentaje en impropios de cada una de las muestras analizadas
(figura 5). La figura 6 representa la cantidad de impropios añadidos por hectárea tras la
aplicación de 10 t/Ha de los compost de las figuras 3 y 4, con un 46% y 1% de impropios,
respectivamente.
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
0
Muestras analizadas
(a) Compost Fig.3 (b) Compost Fig.4
Figura 5
Figura 6
Impropios
Compost limpio
Los gestores de las plantas son conscientes de que el punto de partida
para una comercialización rentable pasa por la elaboración de un
compost de buena calidad agronómica. Sin embargo, este objetivo es
difícil de alcanzar si el material de entrada no está adecuadamente
seleccionado. En la mayor parte de las plantas visitadas, el proceso de
compostaje está más orientado a la eliminación de residuos que a la
obtención de un producto de calidad. Esto explica en gran medida las
deficiencias observadas y la dificultad de su comercialización.
Algunos responsables de planta mencionan la sobresaturación como
uno de los factores limitantes a la obtención de un compost de
calidad, trabajando por encima de su capacidad de diseño, lo que
condiciona la maduración y la estabilidad del compost por su bajo
período de residencia en las mismas. Cuando se realiza recogida
selectiva en origen de la fracción orgánica de residuos municipales
(FORM), el material llegado a planta es proporcionalmente menor y
además se requiere menos espacio para el pretratamiento y afinado.
Por otro lado, se ha observado que falta una cultura de incorporación
de restos vegetales al proceso de compostaje. De hecho, la mayor
parte de éstos son incinerados o llevados a vertedero, a pesar de que
se ha comprobado que su utilización mejora notablemente la calidad
del compost final, al tiempo que incrementa la efectividad del
proceso.
1

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