proyecto de caracterización y tipificación del compost producido en
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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