Tesis Doctoral Falcó completa

Transcripción

TESIS DOCTORAL
DESARROLLO DE UN BIORREACTOR PARA
LA AUTOGESTIÓN DOMICILIARIA DE
RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS ORGÁNICOS
AUTOR
ING. CARLOS ALEJANDRO FALCÓ
DIRECTORA DE TESIS
DRA. SUSANA BOEYKENS.
CO-DIRECTORA DE TESIS
DRA. MARÍA DEL CARMEN TORTORELLI.
JURADOS:
D . ANA MARÍA GIULIETTI, DRA. MARTA ZUBILLAGA,
DRA. PATRICIA DELLA ROCA, Y DRA. RAQUEL BIELSA
RA
LUGAR DE TRABAJO
LABORATORIO DE QUÍMICA DE SISTEMAS HETEROGENEOS (LAQUÍSIHE),
Y FUNDACIÓN ENLACES PARA EL DESARROLLO SUSTENTABLE
FACULTAD DE INGENIERÍA – UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
BUENOS AIRES, DICIEMBRE DE 2015
a mis hijos...
con la vocación de ayudar a mejorar el mundo que les queda...
Pág.: 2
R
RESUM
MEN
E esta Teesis se presenta el diseño, constrrucción y optimización
En
o
n de la operación de un
composstador autom
mático contiinuo que permite gestio
onar los resiiduos orgánnicos biodeg
gradables enn el
hogar a medida quue se generaan, requirienndo una mínima intervvención del usuario, qu
ue funcionaa en
forma simple, limppia, segura, sin olores y a bajo costto.
E composttaje doméstico es unaa opción complementtaria utilizaada en las estrategias de
El
gestión de residuoss urbanos de
d ciudades desarrollad
das, que redduce la canttidad de residuo que deebe
s
trratado y dispuesto, co
on reducción de costoss para el municipio
m
y la
ser trannsportado, separado,
comuniddad, a la vez
v que faavorece el reciclado del
d resto de
d los residduos, con otras ventaajas
ambienttales y saniitarias. Sin embargo, se requieree de la partticipación aactiva de una proporción
significaativa de loss ciudadanoss para tenerr un impacto
o sensible en
e la tasa dee desvío de estos
e
residuuos.
Uno dee los obsttáculos parra lograr un
u alto po
orcentaje de
d vecinos compromeetidos con la
implem
mentación dee procesos de
d compostaaje en su ho
ogar, es la iddea de que es una operración suciaa, y
de que los métodos tradicionaales de com
mpostaje req
quieren una gran intervvención personal, sumaado
al rechaazo culturall asociado a tomar conntacto con la
l basura. Entendiendo
E
o que adem
más de trabaajar
fuertem
mente en educación
e
y concienttización am
mbiental, taambién debbemos adaaptar nuesttras
estrateggias a las costumbres actuales, enn esta Tesiis se presennta una alteernativa teccnológica, que
q
brinda la
l comodidaad y el confo
fort que dem
manda el meercado actuaal.
S diseñó y construyóó un biorreeactor cilínd
Se
drico con rotación
r
auttomatizada, de 140 L de
capaciddad, con unaa compuertaa para la inttroducción de
d residuoss ubicada enn la primeraa de 3 cámaaras
en seriee. El compoost resultannte se descaarga indepeendientemennte por otraa compuertaa de la últiima
cámara.. Para la búsqueda dee las condiciones óptiimas de opperación a eescala real se instaló un
disposittivo que fuue recibienddo todo el Residuo Orgánico
O
Biiodegradablle (ROB) al
a ritmo dee la
generacción de unaa familia tiipo. Todo el
e dispositivo fue montado sobree celdas dee una balannza
conectaada a una coomputadora que llevó un
u monitoreeo continuo y automátiico del peso
o. Para evaluuar
la eficieencia del disspositivo y la calidad del
d compostt obtenido se llevo adellante un com
mpleto plann de
monitorreo.
Tesis Doctorral FIUBA.
C. A.Falcó, 2015
Páág. 3
ABSTRACT
In this Thesis, the design, construction and optimization of the operation of an automatic
composter is presented. It allows management of biodegradable organic wastes at home as they are
generated, requiring minimal user intervention and low cost, it works in simple, clean, safe and
odorless form.
Home composting is a complementary option strategy used in urban waste management in
developed cities, which reduces the amount of waste that must be transported, separated, treated and
disposed. It reduces costs for the government and the community, and facilitates recycling of the
rest of the wastes, with other environmental and health advantages. However, it requires the active
participation of a significant proportion of citizens to have an appreciable impact on the rate of
diversion of these wastes. One of the obstacles to achieving a high percentage of neighbors
committed to the implementation process of composting at home is the idea that it is a messy
operation, and that traditional composting methods require a personal intervention, coupled with
rejection culturally associated with making contact with the trash. Understanding that in addition to
working hard on environmental education and awareness, we must also adapt our strategies to
current customs, in this Thesis an alternative technology, which provides the convenience and
comfort that the current market demand is presented.
We designed and built a cylindrical bioreactor with automated rotation of 140 L capacity,
with a gate to the introduction of residues located in the first of 3 chambers in serie. The resulting
compost is downloaded by another independent gate in the latest camera. For finding the optimum
operation conditions, a device that was getting all the ROB to the rhythm of the generation of a type
family settled. The whole device was mounted on cells of a balance connected to a computer that
allows a continuous and automatic monitoring of weight. To evaluate the efficiency of the device
and the quality of the compost obtained a comprehensive monitoring plan was carried forward.
Pág.: 4
Agradeecimientoos
A Viviana,, Nina y Nano,
N
por la inspiración, el amor y ell apoyo perm
manente,
A Susi,
A LaQuiSSiHe, por brrindarme el espacio y lass facilidades para hacer pposible este trabajo,
Al
A la Fundaación Enlacees para el Desarrollo
D
Suustentable poor el financiaamiento y ell apoyo,
A importannte aporte ecconómico de los Proyectoos UBACyT
Al
T; y PICT A
Agencia/FoonCyT,
A Susana y María del Carmen por su buena y paciente diirección,
A la SECI
Al
CID y la FIU
UBA,
A Christiann Girardi de
d LogiK Soluciones
S
inntegrales, porr su gran ay
ayuda con laa estructura del
dispossitivo,
A Rosana Gutierrez
G
(IINTA Zára
rate) y Joaquuín Gonzaless (INTA SSan Pedro)
A Patricia Della
D Roca,, Ana Maríía Giulietti, Marta Zubbillaga, y Raaquel Bielsaa,
y a tanta gente
g
por tanntas cosas: A Nicolas Mazzeo,
M
Caarlos Pedelaaborde, Cristtina Vazquuez,
Luis de la Fuennte, Martin Gelaf, Luis
L Felker,, Pablo Cuurti (Metalúúrgica Curtiti) ,
H
y Pabllo Concaro, Guillermo Bruno, Anntonio Dista
tasi,
Zarallum Aluminnios, a Hugo
Estebban García, Gastón Morales,
M
Juan
J
Carloss Picón, Allvaro y Felip
ipe Villalobbos,
Marceelo Escuin, Cristian D’Aquino,
D
Néstor
N
Caraacciollo, Javiier Meza, Carlos
C
Zabaalla,
Sergioo Piris, Raúúl Paez,, Tatiana Manootas, Diana Bohorquez,, Gabriela Trupia,...
T
. una mennción especiaal para todoss los que me estoy olvidaando...
...y
¡Muchass Gracias!
C. A.Falcó, 2015
Páág. 5
ÍNDICES
RESUMEN .................................................................................................................................................................. 3 ABSTRACT ................................................................................................................................................................. 4 INDICES ................................................................................................................................................................ 6 I .1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................................... 11 I.2 FUNDAMENTACIÓN DEL TRABAJO .................................................................................................................................... 17 I.3 OBJETIVOS GENERAL Y PARTICULARES ................................................................................................................................ 18 I.4 TAREAS REALIZADAS ...................................................................................................................................................... 18 I.5 PRESENTACIÓN DEL TRABAJO ........................................................................................................................................... 19 CAPITULO 1 : ........................................................................................................................................................... 21 CONCEPTOS BÁSICOS ‐ BASE TÉCNICA ...................................................................................................................... 21 1.1. ANTECEDENTES ....................................................................................................................................................... 22 1.2 FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE COMPOSTAJE ................................................................................................................... 39 1.2.1 Microorganismos dominantes en el compost ............................................................................................. 42 1.2.2 Parámetros importantes para el diseño y operación de compostadores ................................................... 46 1.2.2.1 CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO (AIREACIÓN) ................................................................................. 46 1.2.2.2 HUMEDAD ...................................................................................................................................... 51 1.2.2.3 RELACIÓN C/N y NECESIDADES NUTRICIONALES ........................................................................... 53 1.2.2.4 TEMPERATURA............................................................................................................................... 57 1.2.2.5 pH ................................................................................................................................................... 60 1.3 Criterios de estabilidad, madurez y calidad de un compost .................................................................................. 61 1.4 Usos del compost .................................................................................................................................................. 76 1.5 Cinética del compostaje ......................................................................................................................................... 79 1.5.1. Expresiones cinéticas de balance de energía ............................................................................................. 81 1.5.2 Expresiones cinéticas de balances de materia ............................................................................................ 84 CAPITULO 2 : ........................................................................................................................................................... 89 DISEÑO DE LA INGENIERÍA DEL BIORREACTOR ......................................................................................................... 89 2.1 CONSIDERACIONES Y CONDICIONES DE BORDE PARA EL DISEÑO ............................................................................. 90 2.2 CARACTERÍSTICAS DE LA ALIMENTACIÓN ............................................................................................................... 97 2.3 PREDIMENDIONAMIENTO. ................................................................................................................................... 100 2.4 PRUEBAS PILOTO ................................................................................................................................................... 106 2.5 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR....................................................................................................... 112 Pág.: 6
CAPITULO
O 3 : ............................................................................................................................................................... 120 OPERACIÓN DEL BIOR
RREACTOR ................................................................................................................................. 121 3.1 BA
ALANCES DE M
MASA ................................................................................................................................................ 121 3.2 BA
ALANCES DE EENERGÍA ........................................................................................................................................... 128 CAPITULO
O 4 : ............................................................................................................................................................... 131 RESULTA
ADOS ANALÍTICOS Y EXPERIIMENTACIÓN DE CAMPO ..................................................................................... 131 4.1 PLAAN DE MONITORREO ...................................................................................................................................................... 132 4.2 MATERIALES Y MÉÉTODOS ................................................................................................................................................. 133 4.3 RESSULTADOS Y DISCCUSIÓN ................................................................................................................................................. 138 CAPITULO
O 5 : ............................................................................................................................................................... 143 CONCLUSSIONES ........................................................................................................................................................... 144 BIBLIOGR
RAFÍA ............................................................................................................................................................. 151 LISTA DE PUBLICACION
NES Y TRABAJJOS PRESENTA
ADOS A CONG
GRESOS RELA
ACIONADOS CON LA TESIS ...................... 176 LISTA DE PROYECTOS RELACIONAD
DOS CON EL TEEMA DE TESISS: ................................................................................. 178 LISTA DE PROYECTOS CON LOS QUEE SE FINANCIÓ
Ó ESTA TESIS:: .................................................................................. 179 ANEXO 1
1: GRÁFICOS DEL MONITO
OREO CONTINUO DEL PESO
O ANEXO 2
2: REGISTROSS DEL PLAN DEE MONITOREO
O MANUAL 20
011 2012.
ANEXO 3
3: RESULTADO
OS DEL MONITTOREO CON EEL ESPECTRO
OFOTÓMETRO
O LASER LIBS2
2500+ (LASER INDUCED BREAKDOW
WN SPECTROSC
COPY) Tesis Doctorral FIUBA.
C. A.Falcó, 2015
Páág. 7
ÍNDICE DE IMÁGENES
Imagen
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A-0-1 Jerarquías de estrategias de GIRSU .......................................................................... 13 1-1 Ejemplos de compostadores comunitarios municipales ........................................... 26 1-2 Unidades de Compostaje usados por Kumar et al. (2009) para sus ensayos .............30 1-3 Unidades de Compostaje usados por Kumar et al. (2009) para sus ensayos
(Continuación): ........................................................................................................... 32 1-4 Compostadores de Harry Windle, 2004, y Lukkhana Benjawan, 2015 .................... 36 1-5 Compostador de Lukkhana Benjawan et al., 2015 ..................................................... 37 1-6 Compostador de Longoria Ramirez et al., 2014 ......................................................... 37 1-7 Compostador Dinamarca (Andersen et al., 2011) ....................................................... 37 1-8 Descarga de ROB en Biodigestor ...............................................................................58 1-9 Mezcla de ROB y biota en la primera cámara (F/M).................................................. 58 1-10 Compost Maduro de la tercera cámara ....................................................................... 58 2-1 Descarga de ROB ........................................................................................................ 94 2-2 Recipiente para ROB .................................................................................................. 97 2-3 Dispositivo prototipo construido para las Pruebas Piloto ......................................... 106 2-4 Placas divisorias del Biodigestor Prototipo .............................................................. 107 2-5 Vuelco de ROB en prototipo..................................................................................... 109 2-6 Retiro de compost del prototipo ................................................................................ 110 2-7 Vista isométrica de Animación 3D del diseño final del Biorreactor ........................ 112 2-9 Construcción del dispositivo ..................................................................................... 114 2-8 Placas divisorias ........................................................................................................ 114 2-10 Vista de bafle y sensor de temperatura .................................................................... 115 2-11 Compuerta con pala de la 3er cámara ........................................................................ 115 2-12 Filtro de lixiviados .................................................................................................... 116 2-13 Biorreactor con aislación térmica ............................................................................. 116 2-14 Estructura .................................................................................................................. 117 2-15 Mecanismo de rotación ............................................................................................. 117 2-16 Display de Balanza, y Control del Mecanismo de Rotación .................................... 118 2-17 Vista de la impresión de pantalla de la computadora, donde se observa la ventana del
soft de registro .......................................................................................................... 118 2-18 Vista del biorreactor fuera de la vivienda, y de la computadora en el interior .......... 119 4-1 Test de Dewar ............................................................................................................. 135 4-2 Vista del biorreactor desde la ventana ........................................................................ 136 4-3 Monitoreo de insectos ................................................................................................. 136 4-4 Ensayo de control de enfermedades foliares ............................................................... 142 Pág.: 8
NDICE DE TABLAS
T
ÍN
Tabla A-0-1
A
Disposición de RSU
R
en los Rellenos
R
San
nitarios del CEAMSE ...................................... 12 Tabla A-0-2
A
Compposición física promedio de los RS
SU en la C.A
A.B.A (CEA
AMSE, 2009): .............. 15 Tabla 1-1. Dimeensiones de reactores paara compostaje a escalaa de laborattorio y plantta piloto
enconntrados en laa bibliograffía .......................................................................................... 28 Tabla 1-2. Comparración de diiferentes moodelos de co
ompostadorres tipo AC (Kumar ett. al (2009) . 31 Tabla 1-3 Temperratura y tiem
mpo de expoosición neceesario para la destrucciión de algun
nos patógennos
y parássitos comunes en RSU (Tchobanog
glous et al., 1998)............................................. 59 Tabla 1-4 Valores de referenccia para paráámetros deel compost terminado:
t
L
Límites paraa Metales ... 70 Tabla 1-5 Valores de referenccia para paráámetros dell compost teerminado. ........................................ 72 Tabla 1-6 Caracterrísticas físicco-químicass de diferenttes compostt (adaptado de Laos et al., 2002;
Togneetti et al., 20007; Kowalljow y Mazzzarino, 20077; Leconte eet al., 2009)), ................ 73 Tabla 1-7 Expresioones de prim
mer orden de
d la velocid
dad de prodducción de ccalor biológiico (Eb)
(Masonn, 2006) ...................................................................................................................... 87 Tabla 1-8 Expresioones tipo Monod
M
de la velocidad de
d producción de calor biológico (E
( b) para
modeloos de compoostaje ....................................................................................................... 87 Tabla 1-9 Expresioones Empíricas de la velocidad producción dee calor biolóógico (Eb) para
p modeloos
de com
mpostaje ....................................................................................................................... 88 Tabla 2-1 Humedaad de algunoos alimentoos ........................................................................................... 98 Tabla 2-2 Relaciónn C/N para algunos alim
mentos .................................................................................. 99 Tabla 4-1 Resultaddos de los análisis
a
realiizados sobree el composst maduro ...................................... 138
1 Tesis Doctorral FIUBA.
C. A.Falcó, 2015
Páág. 9
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1-1
Gráfico 1-2
Gráfico 1-3
Gráfico 1-4
Gráfico 1-5
Gráfico 1-6
Gráfico 1-7
Gráfico 3-1
Gráfico 3-2
Evolución de la Humedad, Kumar et al., (2009) ........................................................... 32 Evolución del pH, Kumar et al., (2009)......................................................................... 33 Evolución del Fósforo, Kumar et al., (2009) ................................................................. 33 Evolución de C:N, Kumar et al., (2009) ........................................................................ 33 Tasa de reducción y eficiencias de las composteras, Kumar et al., (2009) ................... 34 Requisitos de flujo de aire para tres tipos de compost en pila (Keener et al, 1997a) .... 47 Evolución de la temperatura del proceso ....................................................................... 57 Balances de masa mensuales (kg)............................................................................... 122 Evolución del peso (kg) durante períodos de una semana sin carga, y análisis de las
líneas de tendencia ...................................................................................................... 124 Gráfico 3-3 Evolución del peso (kg) durante seis meses, y análisis de la línea de tendencia durante
los intervalos sin retiro de compost............................................................................. 124 Gráficos 3-4 Evoluciones del peso (kg) durante períodos de una semana, en ocasiones de lluvia 126
Gráfico 4-1 Distribución del tamaño de partícula ………………………………………........140
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1
Figura 2-1
Figura 2-2
Figura 2-3
Procesos Enzimáticos en la degradación de Residuos (LaGrega et al.,1996): ...............41 Flujos de Materia y Energía del sistema........................................................................ 92 Modelización del diseño de reactores de Flujo pistón de Levenspiel (2004)................ 102 Dimensiones del Biorreactor ......................................................................................... 113 Pág.: 10
I. 1 INTRO
ODUCCIÓ
ÓN
L generacción, recolección y traatamiento de
La
d los residduos sólidoss urbanos es
e uno de los
problem
mas ambienttales actualm
mente más visibles en las zonas urbanas
u
de lla Argentinaa y del munndo
en geneeral. Esta prroblemática se ha increementado a consecuenccia de los prrocesos de urbanizació
u
ón e
industrialización, de
d la modifi
ficación de los
l hábitos de consum
mo de la pobblación, quee a su vez está
e
en aum
mento, y deel desarrolloo económicco. Las grandes ciuddades en A
Argentina haan encontraado
crecienttes dificultaades asociaddas al maneejo de los residuos
r
sóllidos generados debido
o a problem
mas
políticos, regulatorrios, técnicoos, institucionales, finaancieros, cuulturales, enntre otros, y a la reduccida
participación de los ciudadanoos, por faltaa de compreensión, de educación
e
y de involucrramiento enn la
problem
mática. En laa Ciudad Auutónoma de Buenos Airres (CABA)), cada perssona genera, en promeddio,
más de 1,23 kg de
d residuos por día, con
c picos de
d 1,77 kg//día.hab. enn barrios dee mayor niivel
P
Maddero (CEAM
MSE, 2009). En el año 2011, la geeneración tootal
socioecoonómico, taales como Puerto
de residduos del Árrea Metropolitana de Buenos Airres (AMBA
A) alcanzó su último record
r
de 128
1
millones de toneladdas anuales de Residuoos Sólidos Urbanos
U
(RS
SU) (1), los que fueron dispuestos sin
separaciión ni tratam
mientos en Centros dee Disposició
ón final (CD
DF) (2). La composició
ón de los RSU
R
dispuesttos incluye un 40,1% correspondi
c
iente a resid
duos alimennticios, un 33,6% de ressiduos de pooda
y jardínn, un 18,4%
% de papeles y cartoones, y un 20,0% de plásticos, entre otross Tabla A-0-2
(CEAM
MSE, 2009). Sin embaargo, CEAM
MSE inform
ma que laa cantidad de RSU potencialme
p
ente
reciclabbles alcanzaaría sólo el
e 11% dell total de materiales
m
dispuestos (CEAMSE
E, 2009). Esto
E
señalaríía que esta institución
i
n tiene maayores expectativas de éxito para lla separació
no
ón en origenn ni
la recoleección diferrenciada.
E la CAB
En
BA está viggente la Leyy Nº 1854/2
/2005 de Geestión Integgral de Ressiduos Sóliddos
Urbanoos (GIRSU), denominadda Ley de “B
Basura Cerro” (3), que entre sus m
metas, obligaa a la CABA
Aa
la dismiinución de la
l cantidad de RSU envviados a CE
EAMSE en un
u 30% parra el año 2010, en un 500%
para el 2012
2
y en un
u 75% para el 2017 (4). Contrarriamente, seegún vemoss en la Tablla A-0-1, (5) se
han connseguido meejoras, pero aún se estaa lejos de cu
umplir con estas
e
metas.
1
Datos oficiales actuallizados proporrcionado por CEAMSE
C
: htttp://ceamse.ggov.ar/estadistiicas-infografia/
CEAMS
SE (Coordinación Ecológicca Área Metroopolitana Sociiedad del Estaado) tiene actuualmente tres CDF, en los que
q
se em
mplea la tecnología de “Rellleno Sanitarioo”; éstos son lo
os denominaddos Norte III, Ensenada y González
G
Cataan
III . Estos
E
CDF estáán colmatadoss, y no existe aún
a definición
n de la selecciión e implemeentación de nuevos
n
lugarees
posiblles para el vueelco y disposición final de residuos.
r
3
Disponnible en http:///www.cedom.gov.ar/es/legislacion/norm
mas/leyes/html//ley1854.htmll
2
4
Con respecto a lo envviado en 2004.
5
Estadístticas oficiales de CEAMSE
E disponibles en
e http://ceam
mse.gov.ar/estaadisticas-infoggrafia/
C. A.Falcó, 2015
Págg. 11
Tabla A‐0‐1 Disposición de RSU en los Rellenos Sanitarios del CEAMSE 2004
2010
2011
2012
2013
2014
Total de CABA
dispuesto en
CEAMSE (ton)
% respecto de
2004
1.492.867
--
2.110.122
+ 41%
2.277.772
+ 53%
2.153.777
+ 44%
1.520.263
+ 2%
1.279.338
- 14%
2017
% de reducción
obligado por Ley Nº
1854/2005
-30%
-50%
-75%
Los problemas asociados a la descontrolada acumulación de residuos y a la ausencia de
nuevos lugares disponibles para la disposición final en el AMBA son de público y notorio
conocimiento, y forman parte de los temas prioritarios de nuestra realidad, por lo que evitaremos
extendernos más en cuestiones generales asociadas a este punto en particular. Sólo haremos
mención, como referencia, a una noticia de un periódico de circulación nacional del año 2012 (6)
que expuso la magnitud de la crisis en los rellenos sanitarios de la CEAMSE, indicando en su
momento que en el año 2013 no habría más espacio disponible en ellos para el vuelco de RSU. Sin
embargo estando en Noviembre de 2015 los residuos del AMBA todavía se siguen disponiendo en
los mismos CDF.
En el otro extremo de las posibilidades de la gestión urbana de residuos sólidos tomaremos
de ejemplo el caso de la ciudad de Copenhague, Dinamarca, donde cada habitante genera
aproximadamente 1,3 kg RSU/día, siendo sólo el 3% dispuesto finalmente en Rellenos Sanitarios
(Petersen y Kielland, 2003). La segregación en origen tiene una masiva participación positiva de
los ciudadanos, alcanzando un porcentaje de reciclado del 56% de los RSU generados; el 39%
restante es segregado, clasificado y destinado a incineración, favoreciendo la producción de energía
eléctrica (Barradas, 2009).
Entre las diversas estrategias que se llevan a cabo en Dinamarca para sostener con éxito la
Gestión Integral de Residuos Sólidos Urbanos (GIRSU), y a fin de promover el compostaje
doméstico, algunos municipios entregan a los propietarios de las viviendas, de forma gratuita y con
capacitación, dispositivos para realizar compost con su propia fracción orgánica alimenticia,
disponiendo generalmente la totalidad del producto resultante en el jardín familiar (Andersen et al.,
6
Nota del diario Clarín del 22/07/2012 acerca de la crisis de los rellenos sanitarios en el AMBA:
http://www.clarin.com/ciudades/Crisis-rellenos_0_741526057.html
Pág.: 12
2011). Esta
E estrateegia reduce significativvamente la cantidad dee residuo quue debe serr transportaado,
separaddo, tratado y dispuestoo, con una importantee reducciónn de costoss para el Municipio.
M
A
Así
mismo, la segreggación en origen de la fracción alimenticia aumentta considerrablemente la
reciclabbilidad de las
l restantees corrientes de residu
uos al reduucir y elimiinar el requerimiento de
lavados posterioress, permitienndo lograr ell reciclado del
d 56% de los RSU geenerados.
E compostaaje doméstiico no debe ser visto co
El
omo una oppción alternnativa de traatamiento para
p
todos loos residuos orgánicos
o
, sino como una solució
ón complem
mentaria en la GIRSU. El composttaje
doméstiico proporciiona una altternativa fllexible y de bajo costo en la gestióón de residu
uos, facilitanndo
el recicclaje sostennible. Sin embargo,
e
see requiere de la partiicipación aactiva de un
na proporción
significaativa de loss ciudadanoss en una dadda área paraa que
Imaagen A‐0‐1 impa
en la tasa
esta estra
JJerarquías
de ategia
GIRSU
estrategias
deeacte
de desvvío de residuos. Conn ese fin, los Municcipios
sostieneen
campaññas
de
p
promoción
del
com
mpostaje
doméstiico. (Anderssen et al., 2011).
E
Entre
las diiversas actiividades que implemen
ntan los
gobiernnos locales para llevar adelante estrategias
e
exitosas
e
de GIR
RSU que minimicen
m
l cantidadd de residu
la
uos que
necesitaan disposiciión final en rellenos sannitarios, exiiste una
jerarquiización que es posible resumirlas como mueestra la Imaagen A-0-1.. Estas meedidas tambbién
pueden ser agrupaddas en 3 categorías (Baarradas, 200
09):
A. ME
EDIDAS PR
RIMARIAS
S
P
Prevención
Reduccción Reutillización
Tratamienttos In Situ (ppor ejemplo,, compostajee domiciliarioo )
B. ME
EDIDAS SE
ECUNDAR
RIAS
R
Recuperaci
ón
Reeciclaje
Otras foormas de reccuperación y/o valorización
R
Recuperació
ón de Energ
gía
C. ME
EDIDAS TE
ERCIARIA
AS
T
Tratamiento
os aplicados sobre el Residuo
R
Pretrattamientos, Compactacción, Inertiización, Neeutralizacióón, Inmovillización, etc.,
e
previas a la disposicción final seg
gura (Relleeno Sanitariio o de segu
uridad).
C. A.Falcó, 2015
Págg. 13
Nótese que las Medidas Secundarias y Terciarias requieren la existencia de servicios
públicos dirigidos a su implementación, mientras que las Medidas Primarias no requieren de
transporte ni tratamiento público de residuos, y no tienen costos para la comunidad. El compostaje
de los residuos alimenticios en el hogar forma parte de este grupo de Medidas Primarias de los
sistemas de GIRSU.
Las ventajas económicas y ambientales más directas asociadas al compostaje doméstico, en
comparación con el compostaje comunitario, se asocian a la eliminación de los costos e impactos de
la disposición transitoria en la vía pública, la reducción del costo de recolección y transporte de los
residuos orgánicos, y de la emisión de lixiviados en camiones recolectores, compactadores y
estaciones de transferencia.
Entre los beneficios secundarios que ofrece el uso de estos dispositivos en el hogar debemos
resaltar que, al dejar de volcar y mezclar los residuos de alimentos con el resto de los RSU, se
modifican sustancialmente el tipo y cantidad de RSU que requerirán recolección urbana. Así, es
posible reducir en más del 40% el peso de los residuos que deben disponerse (Tabla A-0-2).
Adicionalmente, la existencia de RSU libres de restos alimenticios favorece el potencial reciclado
posterior de las diferentes corrientes de residuos, sobre todo si se verifica una correcta segregación
del mismo en origen. Además, la ausencia de fracción orgánica alimenticia:
; minimiza la aparición de olores asociados a la descomposición anaeróbica de esta fracción
durante el tiempo que transcurre desde la generación en el hogar, su transporte a la estación
de transferencia y su disposición final. En los procesos de compostaje domiciliario, los
residuos alimenticios ingresan directamente en el compostador, inmediatamente después de
su generación, y, por ende, sin emisión de olores desagradables.
; reduce la presencia de vectores epidemiológicos en la vía pública (moscas, roedores, etc.).
; mejora la operación del relleno sanitario en que es dispuesta, generando menor volumen de
lixiviados.
; favorece el aumento del tiempo de almacenamiento transitorio en el hogar de la fracción
no-orgánica de los residuos, debido a la ausencia de generación de olores desagradables ni
lixiviados, permitiendo la redefinición de los esquemas de recolección y reduciendo
significativamente el costo de las subsiguientes etapas del transporte, reciclado, tratamiento
o disposición final, disminuyendo el riesgo de proliferación de vectores y generación de
olores, permitiendo optimizar el sistema de GIRSU, incluyendo sus costos e ingresos por
venta de reciclables.
Pág.: 14
Tabla A‐0‐2 Co
omposición fíísica promedio
o de los RSU e
en la C.A.B.A (CEAMSE, 20
009): COMPONENTES
Residuos Alimeenticios
R
P
Papeles
y Cartoones
Diarios y Revistas
Papel de Oficina
O
(Alta Calidad)
C
Papel Meezclado
Cartón
Envases Tetrabrik
T
P
Plásticos
PET (1)
PEAD (2))
PVC (3)
PEBD (4))
PP (5)
PS (6)
Otros (7)
V
Vidrio
Verde
Ámbar
Blanco
Plano
P
Pañales
Descarrtables y Apósiitos
R
Residuos
de Pooda y Jardín
M
Materiales
Texxtiles
M
Madera
M
Materiales
de Construcción
C
y Demolición
M
Metales
Ferrossos
M
Metales
No Ferrrosos
R
RESTO
Residuoss Peligrosos
Residuoss Patogénicos
Medicam
mentos
Goma, cu
uero, corcho
Pilas
Materiall Electrónico
Aerosolees
Miscelán
neos Menores a 25,4 mm
Otros
OSICIÓN
COMPO
(% P
P/P)
40,10%
18,43%
4,18%
1,08%
7,84%
4,57%
0,76%
19,70%
2,07%
1,10%
0,27%
12,06%
1,12%
2,20%
0,87%
3,47%
1,77%
0,38%
1,26%
0,07%
4,27%
3,65%
3,40%
0,46%
2,02%
1,25%
0,31%
2,96%
0,20%
0,37%
0,10%
0,72%
0,03%
0,02%
0,36%
1,16%
0,00%
R CEAMSE, 2009
Ref:
Gráfico de la Com
mposición físicca promedio d
de los RSU en la C.A.B.A (C
CEAMSE, 2009
9)
C. A.Falcó, 2015
Págg. 15
Otras ventajas asociadas a la generación de compost a partir de RSU incluyen la mayor
fijación de carbono, nitrógeno y fósforo en su estructura (7), la enmienda y el mejoramiento de la
estructura del suelo, incrementando su retención de humedad y propiedades físicas, y disminuyendo
la incidencia de patologías vegetales, favoreciendo la sustitución del uso de agroquímicos sintéticos.
(McConnell et al, 1993; Jakobsen, 1995; Hargreaves et al, 2008; Martínez Blanco et al., 2009).
Más recientemente, el compost ha empezado a ser empleado en aplicaciones no
tradicionales,
incluyendo
biofiltros,
co-tratamiento
de
lodos
de
plantas
cloacales
y
biorremediaciones de suelos como la presentada por Zubillaga M (2012). (ver punto 1.4).
Sin embargo, es cierto que si el proceso de compostaje no es realizado adecuadamente
podría implicar impactos ambientales negativos, tales como emisiones contaminantes a la atmósfera
de amoníaco, óxidos de nitrógeno, metano, VOCs, y otros gases de efecto invernadero (GEIs), que
contribuyen al cambio climático y al calentamiento global, la producción de olores desagradables, o
la proliferación de vectores. Los lixiviados emitidos pueden contaminar suelos, aguas superficiales
y subterráneas. Algunos autores atribuyen al compostaje doméstico, en forma generalizada, la
capacidad de emisión de GEIs al ambiente (Grau Calvo, J. et al., 2002; Castrillón et.al, 2006;
Andersen et al.2011). Nosotros no concordamos con esta generalización, y consideramos que sólo
es asignable a un incorrecto proceso de compostaje. Entendemos además que esta afirmación surge
de un análisis incompleto e incorrecto del ciclo del carbono. Así , el carbono orgánico completará
inexorablemente su ciclo, en un corto o mediano plazo, más allá de la vía seguida para su oxidación.
Entendemos que la producción de compost a partir de la fracción orgánica de los residuos retrasa el
ciclo de carbono, manteniéndolo durante más tiempo en el estado sólido, bajo la forma de
moléculas orgánicas complejas presentes en el humus, en lugar de favorecer su rápida emisión a la
atmósfera como CH4, o CO2 , contribuyendo al efecto invernadero. La reducción de la velocidad de
degradación del carbono orgánico a CO2 debería considerarse como una reducción en el cálculo de
la huella ecológica.
Existe una gran variedad de estrategias posibles para la implementación del proceso de
compostaje en un hogar. Cada familia, en cada región del mundo, posee una cultura alimentaria
propia, por lo que es posible encontrar una gran dispersión en las características cuali-cuantitativas
de los residuos alimenticios crudos generados, así como del compost obtenido a partir de ellos. Por
otra parte, es posible considerar una variedad de destinos pretendidos para el compost resultante, los
7
respecto de otras formas posibles en que termina siendo oxidada la materia orgánica en su ciclo natural
Pág.: 16
que estaablecerán suus respectivvos condiciionamientoss sobre la téécnica de ccompostaje aplicada. Esto
E
configuura un sistem
ma complejjo de múltipples variablles, que inddudablemennte necesitaa ser estudiaado
con proofundidad enn virtud dee su potenciial incidenccia directa en
e la calidaad de vida de
d la socieddad
humanaa (Colon et al.,
a 2010; Andersen
A
et al., 2011).
U de loss obstáculoos para loggrar un alto
Uno
o porcentajee de vecinoos comprom
metidos enn la
implem
d compost a partir de los residuoss alimenticiios generado
os en su hogar
son los conceptos de
d que se trrata de unaa operación “sucia”, y de que los métodos trradicionaless de
nción personnal, sumadoo a los preju
uicios sobree la
composstaje requierren una grann demanda de interven
existenccia de olores y moscas,, y al rechazzo cultural asociado
a
a tomar
t
contaacto con la basura.
b
Estoo se
resuelvee, entre otras estrategiias, con cam
mpañas sosstenidas de Educación Ambientall. Una posiible
herramiienta aplicabble para ayuudar a lograar la particip
pación activva de una prroporción significativaa de
ciudadaanos que hagan compost domésticco, es ofreceer en el merrcado dispoositivos eficcientes de bajo
b
costo, de
d tamaño reducido, y que seaan suficien
ntemente auutomáticos y fáciles de usar, con
c
prestaciiones asimillables a las de un electtrodomésticco de uso seencillo, com
mo el que see desarrollaa en
este trabbajo de tesiss.
I. 2
FUNDAMEENTACIÓN
N
DEL TRA
ABAJO
E relaciónn al tratam
En
miento y disposición
d
adecuados de los reesiduos sóllidos urbannos,
necesariiamente unna cantidadd crítica suficiente
s
de
d la población hum
mana deberrá conocerr y
comprennder la probblemática planteada,
p
para luego predisponers
p
se a realizarr los esfuerzzos necesarrios
para prooducir los cambios
c
cullturales quee se requiereen. La respuesta a estee dilema deeberá surgirr de
adecuaddas campañaas de educaación y conccientización
n, promovienndo la partiicipación deel ciudadanoo.
L
Luego,
entrre otros muuchos elem
mentos, tales como meecanismos eeficientes de
d recolección
comunittaria difereenciada, mecanismos
m
de segregación y reciclado adecuados, tratamienntos
pertinenntes, disposición final segura
s
y ressponsable, el
e ciudadanno común deebería contaar además con
c
métodoss y herram
mientas aproopiados quee le permitan realizar,, sencilla y eficientem
mente, algunnas
acciones individuaales de racioonalización,, reducción, reutilizaciión, tratamiento y/o reciclado de sus
propios residuos, a la vez quue incorporra culturalm
mente estos hábitos cootidianos. Hoy
H existe una
u
ón de haceer compost a partir dee sus residuuos
importaante porciónn de la pobblación conn disposició
domiciliarios, peroo no cuenta con
c espacioo o tecnolog
gía apropiadda para haceerlo acorde a su culturaa en
una ciuddad sin espaacios verdess.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 17
En este contexto reside la utilidad de generar alternativas de tratamiento para los residuos
domiciliarios como la que este trabajo de tesis se propone, con la vocación de aportar tecnologías
simples y efectivas, de fácil implementación doméstica, que permita distribuir la tarea de la GIRSU
con la comunidad generadora.
I.3
OBJETIVOS GENERAL Y PARTICULARES
El objetivo general del presente trabajo de Tesis es determinar los aspectos tecnológicos y
operativos asociados al diseño, construcción, instalación y operación de biorreactores continuos
para la autogestión domiciliaria de Residuos Sólidos Orgánicos Biodegradables, evaluando la
eficacia del biodigestor y la calidad del compost obtenido.
Se pretende con este dispositivo dar adecuado tratamiento in situ a la fracción de Residuos
Orgánicos Biodegradables(8) (ROB) del hogar, y se entiende como un beneficio secundario la
obtención de compost utilizable como enmienda orgánica para los suelos o macetas.
El propósito del dispositivo propuesto, es convertirse en una nueva máquina-herramienta del
hogar desarrollada a partir de Tecnología Nacional, que permita gestionar en el ámbito familiar
domiciliario la porción orgánica biodegradable de los residuos domiciliarios, haciendo aportes en
un área muy sensible del desarrollo de todas las comunidades como lo es la Gestión Integral de
Residuos Sólidos urbanos (GIRSU), y promover futuros trabajos académicos de desarrollo e
investigación que continúen el aquí presentado.
I.4
TAREAS REALIZADAS
Las tareas asociadas con este trabajo de tesis comenzaron en el año 2005 con la
investigación para evaluar su viabilidad académica. En el año 2006 se iniciaron las pruebas piloto
con el dispositivo prototipo, recibiendo desde entonces la totalidad de los residuos orgánicos
biodegradables (ROB) que genera una familia tipo de clase media argentina, integrada por cuatro
8
Existe gran dispersión y distorsión en la bibliografía con relación a la denominación de esta corriente. Es frecuente
hablar de Residuos Orgánicos, pero por ejemplo, los plásticos también son residuos orgánicos. Se pueden incluir en
los ROB otros residuos además de los alimenticios, como pueden ser pequeñas cantidades de papeles o restos de
poda o césped, etc.
Pág.: 18
miembrros, dos aduultos y dos menores.
m
Enn agosto dee 2009 se coompletó el m
montaje dell biodigestoor a
escala real,
r
el cual se encuuentra actuaalmente en funcionam
miento, llevvando ya su
s cuarto año
a
ininterrrumpido de operación.
A continuació
c
ón se resumeen las tareass realizadass:
•
A
Análisis
preevio de la viiabilidad deel tema de trrabajo de teesis. Relevam
miento del estado del arte
a
y antecedenntes;
•
R
Relevamien
nto prelimiinar del ritmo
r
y volumen dee generacióón del grrupo familiiar.
P
Predimensio
onamiento y definiciónn del ensayo
o de prueba piloto.
•
C
Construcció
ón del protootipo, puestaa en marchaa, operaciónn y ensayos de prueba piloto.
p
•
B
Búsqueda
y análisis dee la bibliogrrafía.
•
D
Diseño
y coonstrucción del disposittivo.
•
D
Desarrollo
y montaje de
d la estrucctura, el meccanismo dee rotación, la balanza y el sistemaa de
r
registro
autoomático.
•
P
Puesta
en marcha
m
y opeeración del dispositivo
o.
•
D
Diseño,
dessarrollo y annálisis de los ensayos operativos.
o
•
D
Diseño
y ejecución
e
d plan de monitoreo, tomas de muestra y análisis en laboratorrios
del
e
externos.
A
Análisis
de loos resultadoos.
•
A
Análisis
de toda la infoormación inntegrada y reedacción dee la tesis.
I.5 PRE
ESENTACIÓ
ÓN DEL TRA
ABAJO
Este trabbajo se dividde en cinco Capítulos.
En el Caapítulo 1 se describe ell marco con
nceptual en el que se reealiza esta tesis
t
junto con
c
los antecedentes
a
s que se utiilizan para la
l elaboraciión de las hipótesis
h
de trabajo. See presentan los
fundamentos deel proceso de compostaje, los prrincipales parametros
p
asociados al
a diseño y la
operaación, así como
c
los criiterios utilizzados para la aprobaciión del com
mpost resultante. Cierraa el
capíttulo pesentaando las exppresiones cinnéticas de los balancess de materiaa y energía.
En el Caapítulo 2 se recorren loos distintos aspectos y consideraciones asociados al diseeño
de laa ingeniería del biorreaactor. Se prresentan loss estudios de
d caracterizzación de laa alimentación
para realizar loss primeros ensayos
e
de predimensio
p
onamiento con
c los que se construy
yó el protottipo
C. A.Falcó, 2015
Págg. 19
experimental. Posteriormente se muestran los resultados de las pruebas piloto y se realiza el
diseño final del dispositivo, mostrando además las diferentes etapas de su construcción.
En el Capítulo 3 se discuten los resultados obtenidos de las experiencias de la operación
del biorreactor a escala real desde el primer día de su operación, presentando el recorrido hasta
identificar las rangos óptimos de operación de cada parametro que influye en el proceso. Se
discuten los balances obtenidos a partir del seguimiento automático continuo del peso y la
operación de equipo en diferentes condiciones de ensayo.
En el Capítulo 4 se presenta el plan de monitoreo elegido y los métodos de ensayo
utilizados. Seguidamente se informan y discuten todos los resultados analíticos y operativos de
los diversos ensayos realizados,
En el Capítulo 5 se resumen las conclusiones generales de este trabajo.
Pág.: 20
BÁSIC
COS - BAS
SE TÉCNIC
CA
CAP
PITU
ULO 1 :
CON
C
NCEP
PTOS
S BÁ
ÁSICO
OS
B E TÉ
BASE
ÉCNICA
FG
G
En
n este cap
pítulo se d
describe eel marco cconceptuaal en el qu
ue se realizaa esta tesiis junto co
on los anttecedentees que se uttilizan parra la elaboración d
de las hipó
ótesis de ttrabajo. S
Se prresentan los fundam
mentos deel proceso
o de comp
postaje, lo
os prrincipales parametros asociaados al diiseño y la operació
ón, los criterios utilizaados paraa la aprobación del a
así como compost resultantte. Cierra el capítulo pesenttando las expresioness cinéticas de los b
balances d
de materiaa y energíía. ED
D
C. A.Falcó, 2015
Págg. 21
1.1. ANTECEDENTES
El reciclado de los residuos orgánicos y el compostaje son tan antiguos como la práctica de
la agricultura, en particular con la aparición de la horticultura intensiva. Existen evidencias de que
se ha elaborado compost con los residuos orgánicos desde hace más de 4.000 años. Es sobre todo en
China y en otros países asiáticos de gran densidad demográfica donde se encuentran los testimonios
más antiguos de prácticas de compostaje sofisticadas y eficientes. Por ejemplo, en Jerusalén
antiguo, había lugares dispuestos para recoger las basuras urbanas en forma diferenciada: algunos
residuos se quemaban y otros se destinaban al compostaje (Bueno Bosch, 2010). Ciertamente por
entonces, y hasta hace menos de dos siglos, no existían sustancias sintéticas, y los materiales
presentes en los residuos domiciliarios podían ser rápidamente biodegradados con solo contar con la
humedad suficiente para el desarrollo microbiano.
La tecnología de compostaje a gran escala tiene su origen en India entre 1924 y 1931 con el
“Método Indore”, desarrollado por Albert Howard para el cultivo de plantas, en la localidad de
Indore; India Central, donde son destacados el valor del compost tanto por sus cualidades
fertilizantes como por sus propiedades estructuradoras, regeneradoras, protectoras y vivificadoras
de las tierras de cultivo (Bueno Bosch, 2010).
En la ciudad holandesa de Hanmer se instaló en 1932 la primera planta de compostaje a
partir de los residuos urbanos. Posteriormente, Ehrenfried Pfeiffer inició la producción industrial de
grandes cantidades de compost entre los años 1950-1960, poniendo a punto estaciones completas de
compostaje de RSU en varias ciudades de EE.UU., Europa, Japón, Taiwán, Las Azores, etc. A fin
de conseguir descomponer los diversos materiales presentes en los RSU, preparaba un iniciador,
conocido como “starter” (inóculo iniciador). A partir de investigaciones microbiológicas, descubrió
la especificidad de algunos microorganismos respecto de la descomposición de materiales concretos
y los medios adecuados para activar su multiplicación. De esta manera su “starter” para los compost
industriales incluía preparados biodinámicos y microorganismos activos para la descomposición de
un material particular (Pfeiffer, 1957). Ehrenfried Pfeiffer fue un precursor en el uso de las técnicas
de compostaje para tratamientos de residuos con valorización, y en el uso de estas técnicas para la
remediación ambiental de sitios contaminados, pero sus proyectos fueron discontinuados luego de
su muerte en 1961 (Bueno Bosch, 2010). Recién en la década del noventa se desarrollaron métodos
de ingeniería que mejoraron los rendimientos de las técnicas más populares para suelos
contaminados como el "landfarming", el "composting", etc. (Riser Roberts,1998).
Pág.: 22
D forma tradicionall, durante siglos, los agricultores han entterrado loss desperdiccios
De
orgánicoos para trannsformarloss en abono para sus tiierras. Com
mpostar dichhos restos no
n es más que
q
emular el proceso que ocurre normalmennte en el sueelo de un bosque, peroo acelerado y dirigido. La
base essencial del suelo fértiil consiste en la mezcla de arciillas y hum
mus. El abo
ono resultaante
proporcciona a las tierras
t
en las que se lo aplica, práccticamente los mismoss efectos ben
neficiosos que
q
el humuus para un suelo naturral. Este aboono obtenid
do por com
mpostaje conntiene mateeria orgánica y
nutrienttes, tales como nitrógenno, fósforo,, potasio, magnesio,
m
caalcio y hierrro, necesario
os para la vida
v
de las plantas (Pfeif
iffer, 1957).
E Composttaje juega un
El
u papel im
mportante en
n las estrategias usadass en la actuaalidad para la
gestión integral dee los residuoos sólidos urbanos
u
(GIIRSU) en muchas
m
partes del mund
do. Según han
h
señaladoo Ayalon y sus colabooradores, enn Israel, el compostajee se presenttaría como el medio más
m
rentablee para reduccir las emisiiones de gasses de efecto
o invernadeero (Ayalon et al., 2000
0).
L separaciión en origen de la fraacción biod
La
degradable del residuoo destinada al composttaje
comunittario se haa implemenntado a grann escala y con un éxxito significcativo en muchos
m
paííses
europeoos, EEUU, Canadá,
C
Auustralia, Nuueva Zeland
da y Japón. Estos
E
paísess tienen acttualmente muy
m
altas tassas de eficiiencia en reelación a laa separació
ón en origeen, y sus poolíticas estáán dirigidass al
objetivoo de lograr una
u mejora continua de la misma,, con promooción del coompostaje en
e el hogar (de
Bertoldi
di et al, 19988).
S embarggo, la Unnión Europeea recienteemente ha reconocidoo
Sin
que ell objetivo de
minimizzación en la generacióón de RSU
U estaba fraccasando. La generacióón de RSU en la Euroopa
per cápitaa, al ritmo de
Comuniitaria siguee creciendo en cantidaades absolu
utas y en producción
p
crecimieento del PBI,
P
no puudiendo loggrar el buscado “desaacoplamientto” entre el
e crecimiento
económ
mico y el im
mpacto ambbiental asocciado, para lograr así un desarrolllo sustentaable (PNUM
MA,
2011).
E hecho dee situar a laa minimizacción en el primer
El
p
puesto de la jerrarquía paraa la GIRSU no
parece haber
h
sido suficiente
s
a efectos de cambiar
c
el sentido
s
asceendente de lla curva de generaciónn de
RSU enn los paísees europeoss. Es bien conocido que
q a mayores cotas de bienesttar económ
mico
correspoonden, en general, mayores
m
taasas de geeneración de
d residuos (Barradaas, 2009). La
minimizzación de la generacióón de RSU implica laa racionalizaación del cconsumo, lo
o que en esstos
países resulta
r
incompatible coon el sistem
ma de desarrrollo econóómico vigennte, basado en el elevaado
consum
mo y la maaximización de la rentta, sin calccular ni ateender las liimitaciones del stock de
servicioos y producttos naturalees con el quue se cuentaa. Por esto se imponenn políticas de
d gestión que
q
C. A.Falcó, 2015
Págg. 23
quiebren esa correlación, de manera que sean precisamente las sociedades económicamente más
avanzadas las que marquen la pauta hacia una menor y más racional generación de RSU.
Al revisar el estado del arte relacionado con la aplicación de la tecnología de compostaje, se
debe tener en cuenta una importante distinción entre su aplicación con el objetivo de obtener un
producto (el compost) apto para la enmienda de suelos, y el abordaje de su uso dirigido al adecuado
tratamiento de una corriente de residuos orgánicos, considerando al compost obtenido como un
objetivo secundario. Si bien las especificaciones de calidad requeridas para el compost que
adoptamos en esta tesis corresponden a la primer situación (la más exigente), es importante resaltar
que el objetivo de este trabajo responde al segundo escenario, esto es, el objetivo de este trabajo es
desarrollar un dispositivo que realice adecuado tratamiento a la corriente de residuo, y
complementariamente, se controló la calidad del compost estabilizado resultante, en comparación
con la normativa.
La producción de compost en el hogar favorece la total separación de esta corriente, y así la
bioseguridad del producto está bajo el control de la propia familia generadora y tratadora, la que
puede lograr la mejor calidad de compost con solo operarlo correctamente.
Por el contrario, el compost que se produce en forma comunitaria a cargo de los municipios
suele estar contaminado con metales pesados y otras sustancias, en virtud de que estos restos
orgánicos estuvieron mezclados con los productos peligrosos residuales de los hogares (pilas,
productos de limpieza, medicamentos, pañales y apósitos, etc.). Si la separación en origen sumada a
la separación en las plantas de residuos no son 100% efectivas, existirá siempre un riesgo de
contaminación del compost, que puede luego inhabilitar su posterior uso como enmienda de suelos.
Eventualmente podrá evaluarse su utilidad como material de cobertura de rellenos sanitarios, entre
otros usos posibles.
1.1.1 CLASIFICACIÓN DE PROCESOS DE COMPOSTAJE
Hay diferentes posibles formas para desarrollar el proceso de compostaje, que pueden ser
clasificados (Haug, 1993) según sean:
•
SISTEMAS ABIERTOS O SIN REACTOR: El proceso se realiza sobre suelo, sin
recipientes, colocándose en las hileras o pilas estáticas aireadas.
Pág.: 24
•
SISTEMAS
S DE REACTOR: el material
m
esstá conteniddo dentro dde un recip
piente. Puedden
e
encontrarse
e una varieedad de foormatos de procesos según las diferentes objetivos de
i
ingeniería
q condiciionaron su diseño,
que
d
com
mo las limittaciones de espacio, laa capacidad de
g
gestión
de olores
o
y de control de lixiviados,
l
la economíaa, la calidad del producto, etc.
L dimenssiones típicaas de los coompostadorres abiertos (hileras y pilas) inclu
Las
uyen seccionnes
transverrsales que varían
v
desdee 2,75 m haasta 7,0 m de ancho de
d la base y 1,2 m a 3,7 m de altuura,
limitadaas normalm
mente por el sistema de vuelco quee se tenga (R
Rynk et al., 1992). La longitud
l
de las
hileras está restrinngida sólo por las lim
mitaciones del lugar, mientras qque en los sistemas que
q
funcionnan con inyyección de aire, o succción, o am
mbas alternaativamente, la longitud
d de las piilas
estáticas se verá lim
mitada por consideracio
c
ones propiaas del suminnistro de airee y su difusión en la masa
de residduos. Rynk et al. (19992) han recomendado que la longgitud de esttas instalaciones de piilas
estáticas aireadas no
n deben superar
s
los 27 m, pero
o Mason (22006) mencciona hileraas de 50 m de
longitudd. La relaciión S/V, suuperficie libre expuestaa/ volumen,, varía de 11,4 a 3,5 m2.m-3 (Mason,
2006).
L aireaciónn puede serr forzada poor inyección
La
n o succión de aire o aambas altern
nativamentee, o
en form
ma mecánica por sistem
mas de vollteo. Tanto algunos siistemas de reactores como
c
las piilas
estáticas aireadas utilizan
u
venntilación forrzada, mien
ntras que lass hileras se airean solaamente por los
mecanissmos de voolteo (Rynk et al., 19992, Haug, 1993;
1
y Chiiumenti et aal., 2005). Las imágennes
siguienttes muestrann ejemplos de composttadores com
munitarios municipales.
m
.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 25
Imagen 1‐1 Ejemplos de compostadores comunitarios municipales
A)
A) (Izquierda) - Sistema municipal de tipo reactor horizontal agitado de kollvik. (Derecha) Sistema
municipal de tipo reactor rotativo,
B)
B) (Izquierda) Sistema de pila estática aireada con silo bolsa, CEAMSE Norte III, Bs.As.,
Argentina. (Derecha) Sistema municipal de pila estática aireada, Lewiston, EE.UU
C)
C) (Izquierda) Sistema municipal de hileras con volteo mecánico, Tauranga, Nueva Zelanda.
(Derecha) Sistema municipal de hileras con volteo mecánico, Polonia
Mason (2006) presenta una clasificación de los distintos tipos de reactores para compostaje
con un criterio termodinámico según:
Pág.: 26
9 Temperaturra fija (TF)::
U reactor en el que se
Un
s impone una
u temperaatura de com
mpostaje deeseada y see mantiene por
p
m
medio
de caalentamientto o enfriam
miento extern
no.
9 Auto
A
calefaacción (AC)::
U reactor que dependde exclusivaamente de la produccióón de calor microbianaa para alcannzar
Un
y mantenerr temperatuuras de prooceso y quee no tiene control de temperaturra, solo alggún
a
aislamiento
o externo. Ell reactor quue se desarro
olla en esta tesis está inncluido en esta
e categoríía.
9 Control de la diferenciia de temperatura (CD
DT):
E un reactor que se basa únicam
Es
mente en la producción
p
n de calor m
microbiana para
p
alcanzaar y
m
mantener
laa temperatuura de procceso, pero donde
d
las pérdidas
p
dee calor se controlan
c
y se
c
compensan
mediante el
e suministrro de calor a la superfficie exterioor del recip
piente a fin de
m
mantener
unna diferencia de tempeeratura pred
determinadaa entre el maaterial de co
ompostaje y la
p
pared
externna del reacttor, en form
ma similar a la de un sisttema adiabáático.
9 Flujo
F
de caalor controlaado (FCC):
U reactor que dependde exclusivaamente de la produccióón de calor microbianaa para alcannzar
Un
y mantener la temperaatura de proceso, dondee las pérdiddas de calorr se controlaan mediantee el
s
suministro
de calor a la superfiicie exterior del recippiente, con el fin, en este caso, de
m
mantener
unn flujo de caalor predeteerminado a través de laas paredes ddel reactor.
T como se mencioonó previam
Tal
mente, cuallquiera de estos reacctores podrrá contar con
c
mezcladdo mecánicoo o manuall o con auseencia de meezclado, conn aireación forzada o sin
s ella, y a su
vez poddrá ademáss contar o no con sisstemas de aislación
a
téérmica. Tam
mbién existte una ampplia
variedadd de tamañoos y formas, métodos de
d operación
n, y objetivoos de uso enn relación a ellos.
M
Mason
(20006) describbe una am
mplia lista de
d sistemas de reactoores de co
ompostaje con
c
numerosos ejemplos específiicos incorpoorando las descripcionnes hechas por Rogerr Haug en su
“Manuaal Práctico de Ingenierría del Com
mpost” (Hau
ug, 1993). Las
L siguienttes tablas so
on adaptadaas a
partir dee la bibliografía citadaa, ampliándoose la inform
mación apoortada, e inccluyendo el biorreactorr de
esta tesiis como refeerencia:
C. A.Falcó, 2015
Págg. 27
Tabla 1‐1. Dimensiones de reactores para compostaje a escala de laboratorio y planta piloto encontrados en la bibliografía: Diámetro
(mm)
100
100
108
140
140
160
160
170
180
200
200
203
210
210
250
300
300
300
300
305
340
381
400
400
600
630
750
910
REACTORES CILÍNDRICOS VERTICALES
Altura Volumen
S:V
TIPO
Bibliografía de Referencia
2
-3
(mm)
(l)
(m .m )
250
600
290
240
500
190
420
220
240
520
600
310
305
450
455
425
470
1000
1200
1110
2200
495
850
1600
800
2000
1000
930
2
4.7
2.7
3.7
7.7
3.8
8.4
5
6.1
16.3
18.8
10
10.6
15.6
22.3
30
33.3
70.7
84.8
81.1
199.7
56.4
119
201
226
620
442
605
48
43.3
43.9
36.9
32.6
35.5
29.8
32.6
30.6
23.8
23.3
26.2
25.6
23.5
20.4
18
17.6
15.3
15
14.9
12.7
14.5
12.1
11.3
9.2
7.3
7.3
6.5
CDT
AC
AC / CDT
TF
AC
TF
CDT
TF
AC
AC
AC
CDT
CDT
FCC
TF
AC
AC
CDT
AC
AC
AC
AC
AC
AC
CDT
AC
AC
AC
Sikora et al. (1983)
Day et al. (1998)
McCartney and Chen (2001)
Hamelers (1993)
Loser et al. (1999)
Ashbolt and Line (1982)
Beaudin et al. (1996)
Bono et al. (1992)
Namkoong and Hwang (1997)
Palmisano et al. (1993)
Seki (2000)
Magalhaes et al. (1993)
van Bochove et al. (1995)
Hogan et al. (1989)
Komilis and Ham (2000)
VanderGheynst and Lei (2003)
Schloss et al. (2000)
Lehmann et al. (1999)
Loser et al. (1999)
Stombaugh and Nokes (1996)
Bari et al. (2000)
Das et al. (2001)
Barrington et al. (2002)
Choi et al. (2001)
Cronje et al. (2003)
Sundberg y Jonsson (2003)
Leth et al. (2001)
Papadimitriou and Balis (1996)
REACTORES CILÍNDRICOS HORIZONTALES
Diámetro
Longitud
Volumen
S:V
(mm)
(mm)
(l)
(m2.m-3)
260
250
300
445
660
910
300
483
700
900
585
1830
15.9
23.7
80
140
200
1190
22.1
20.1
14
11,2
9.5
5.5
Ancho
(mm)
950
1000
1000
1000
710
1030
9
TIPO
Bibliografía de Referencia
AC
TF
AC
AC
AC
AC
Schulze (1962)
Bach et al. (1984)
Lukkhana et al. (2015)
Falcó (2015)(9)
VanderGheynst and Lei (2003)
Freeman and Cawthon (1999)
REACTORES DE SECCIÓN RECTANGULAR
Bibliografía de
Longitud Altura Volumen
S:V
TIPO
(mm)
(mm)
(l)
(m2.m-3)
Referencia
950
1000
1000
1200
1300
1030
1090
1000
2000
700
1200
1820
985
1000
2000
840
1100
1931
6.0
6.0
5.0
6.5
6.0
5.0
AC
AC
AC
AC
AC
AC
Pecchia et al. (2002)
Seymour et al. (2001)
Veeken et al, 2003
Leth et al. (2001)
Longoria Ramirez et al.(2014)
vanLier et al. (1994)
Aquí se incluye al Bioreactor de esta tesis para su comparación
Pág.: 28
S observaa que los reactores
Se
r
esstudiados varían
v
su volumen
v
deesde 0,4 a 2.000 L. Un
parámettro importaante a conssiderar es la
l relación entre la superficie
s
eexpuesta al exterior y el
volumenn útil (S/V)); los valorees indicados por los diistintos autoores varían entre 5 y 48
4 m2.m-3 para
p
los reacctores experimentales de
d compostaaje, y entre 2 y 3.8 m2.m
m-3 para sistemas de grran escala. Las
L
unidadees experimentales a esccala de laborratorio presentan un rango de voluumen típico entre 0,4 y 50
L, con una
u relaciónn S/V variabble entre 144 a 48 m2.m
m-3. Podemoos decir que un reactor de laboratoorio
presentaa una relacción S/V unno a dos órdenes
ó
de magnitud menor
m
que la correspo
ondiente a los
sistemas de gran esscala (Masoon, 2006).
L reactorres tipo AC
Los
C de auto caalentamiento
o (como el que se dessarrolla en esta
e tesis) han
h
sido am
mpliamente descriptos
d
e la biblioggrafía, asocciados a unaa variedad dde objetivoss diferentes de
en
investiggación, taless como:
9 Evaluación
E
del procesoo de compostaje,
9 Evaluación
E
de la comppostabilidadd de algún su
ustrato,
9 Estudio
E
de los gases dee salida / oloores,
9 Destinos
D
dee sustancias especificass, incluyend
do tóxicas,
9 Validación
V
de modeloss matemáticcos
9 Enumeració
E
ón, descripcción y/o suppervivencia de biota miicrobiana,
9 Preparación
P
n de Compoost para su posterior
p
evaluación, y
9 Desarrollo
D
d dispositiivos.
de
L
Los
objetivvos de esstudio encoontrados con
c
más frecuencia
f
estuvieron asociadoss a
evaluaciones del proceso dee compostaaje, y apliccaciones paara evaluarr la compo
ostabilidad de
determinados sustrratos.
L sistemaas de aislam
Los
miento utilizzados en lo
os diferentess reactores analizados han sido muy
m
variados, y normallmente sin suficiente
s
d
descripción
de los disppositivos em
mpleados co
on ese fin. Los
L
materialles aislantes utilizadoss han incluiddo lana de vidrio, lanaa mineral, ppoliestireno,, poliuretanoo y
materialles especialles (no esppecificados), con espessores que van
v desde 112,7 mm hasta
h
120 mm.
m
Aunquee en muchoos casos see utiliza aisslamiento para
p
minimiizar las pérrdidas de calor,
c
en ottros
diseños se emplea un intercam
mbiador de calor de ag
gua para la eliminaciónn del calor (Veeken
(
et al.,
2003).
K
Kumar
et. al (2009) publicaronn un análissis comparaativo del ddesempeño de diferenntes
modelos de compoostadores ussados para tratar
t
los RS
SU orgánicos en los hoogares. Para sus ensayyos,
C. A.Falcó, 2015
Págg. 29
utilizaron cuatro tipos diferentes de unidades de compostaje, dispuestas en duplicado a fin de llevar
a cabo experiencias en vía húmeda (natural), y vía semi-seca (secados al sol), según se indica en la
Tabla 1-2. (de la A hasta la I ).
La alimentación de residuos frescos para los compostadores fue realizada en forma
normalizada, recolectando muestras de RSU cada día durante 15 días en hogares seleccionados en
la ciudad de Allalasandra, Bengalore, India, repitiendo en cada caso el mismo protocolo de
trituración y homogenización. Luego de estos 15 días de carga y preparación de los compostadores,
se suspendió la carga, y se dejaron pasar 90 días para alcanzar un buen grado de descomposición.
Cada 15 días se tomaron muestras, analizando la evolución del sistema. Seguidamente se presenta
un resumen de los resultados de estos trabajos con una serie de imágenes de los compostadores
utilizados, y gráficos del monitoreo del compost obtenido en cada caso:
Imagen 1‐2 Unidades de Compostaje usados por Kumar et al. (2009) para sus ensayos: MODELOS TIPO 1, A, B y C : Modelos simples de recipiente plástico con tapa:
A
B
C
Otro similar
gardenerstips.co.uk
Los Modelos de Kumar TIPO 2, D y E son similares al tipo 1 (A, B, y C) pero operados con
lombrices (Eisenia foetida y Peryonix excavatus )
F
G
MODELOS TIPO 3 F y G:
Tambor horizontal rotativo
kedel.co.uk
vitality4life.co.nz
Pág.: 30
Tabla 1‐2. C
Comparación de diferentess modelos de
e compostado
ores tipo AC (K
Kumar et. al ((2009)
Modeloo de
Compostador:
Identificación del
Compostador de ensayyo
1
2
3
4
Modeloo simple de
recipientee plástico con
tapa (sinn lombrices)
Modelo sencillo de
recipiente de plástico
para vermicom
mpostaje
Taambor horizon
ntal
rotativo
postador tipo
Comp
terracota
t
(sistem
mas apilables)
C
Tambor plásstico con 2 cm
de piedrass en el fondo,
seguido de
d 5-10 cm de
arena, cubbierto con una
capa de
d material
orgánico seco de hojas
muertas o tiras de papel
Tipo dee Reactor
Compostador
Alrededorr de 60 cm de
altura y 30 cm de
diáámetro
Medidaa / Tamaño
Tipo dee alimentación de
d
Residuoos
Residuos
húme
-dos
nim
10
Aditivoos usados
seco
(2%)
Parrcialmente Residuos
seccados húme-dos
all sol
nnim
seeco
(22%
)
100 ml
suero de
leche y 50g
azúcar.
15 días
después,
agregado de
nim seco
(2%)
D
E
F
G
H
I
Tambor plástico con 2 cm
de piedras en el fondo,
0 cm de
seguido de 5-10
arena y cubierto con una
capa de material orgánico
m
o
seco de hojas muertas
tiras de pap
pel
Sistem
ma Terracota
(módulo
os apilables, conn
T
Tambor
metálicco
una téccnica manual dee
horizontal
uso, propia, que permitte
ir agreegando nuevos
módulos)
m
3 módu
ulos cilíndricoss
Alrededor de 60 cm de Tam
mbor metálico dde 50 apilabless de barro cociddo,
altura y 30 cm de
cm de largo x 25 ccm de de 30 cm
c de diámetroo
diámettro
diámetro
base, y 90 cm de altura
(los 3)
Parcialmente
secados
al sol
Residuos
húmedos
Parccialmennte
secaados
al ssol
Reesiduos
húúmedos
100 g de lomb
brices de
Matteria orgánica sseca (
tierra de varied
dad mixta,
pappel de diario cortado
después de 36
3 días,
en tiiras y hojas muuertas)
agregado de neem
n
seco
+ neem seco (2%
%)
(2%))
Residuo
os
húmedo
os
Residuos
húmedos
nim
m seco (2%)
Sistemaa de aireación
Perforacciones en las
paredes a intervalos
reggulares
Perforacionees en las
paredes a inttervalos
regularres
Perforaciones enn el
tambor metálicco
Agujerros a los ladoss
cubiertos con malla, paara
evitarr la entrada de
insectos
Sistemaa de Mezclado
Mezcla manual con
rastrillo de jardín o
espátulaa de madera
Mezcla man
nual con
rastrillo de jardín o
m
espátula de madera
Mezcla manual ccon
M
palanca externna
a
adosada
al eje ddel
tambor
Mezcla manual con
rastrilllo de jardín o
espátu
ula de madera
Muuy bajo
Muy baajo
Moderado
Bajo
Mooderada
Fácill
Moderada
Moderada
M
No
No
No
Si
A
Alto
Moderaado
Moderado
Bajo
155 a 20
15 a 20
10-12
20-25
B
Buena
Muy bueena
Poco factible
Buena
Costo operativo
o
por
unidad
Facilidaad de manejo
Permitee alimentación
continuua de residuos
Riesgo de larvas y
mosca
Capaciddad de gestión de
d
residuos (kg)
Factibillidad de uso en el
hogar
Peso dee compost (kg)
despuéss de 90 días
% de reeducción en pesso
% de reducción
promed
dio según el
modeloo de
composstador
10
B
A
3,95
3,82
3,60
3,4
3,3
4,29
4,112
3,46
3,44
38,1
40,0
43,5
46,8
48,2
32,7
35,4
45,8
46,1
4
40,5
47,5
34,0
45,9
Nim o Neem es unn árbol de ráppido crecimiennto con propiiedades mediccinales, fungicidas y antiséépticas de oriigen
asiáticco. Así se aggregan conociimientos anceestrales del usso de este árbbol de Neem
m, junto con la mezcla natuural
propuuesta por estoss autores en suus normas y métodos
m
de enssayos sobre cóómo realizar uun compost saaludable en forrma
naturaal.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 31
Imagen 1‐3 Unidades de Compostaje usados por Kumar et al. (2009) para sus ensayos (Continuación): MODELOS KUMAR TIPO 4 (H e I): Modelos TERRACOTA (1: módulos montados,
2: módulos
desmontados)
I
H
Al comienzo del ensayo la humedad superó el
Gráfico 1‐1 Evolución de la Humedad, Kumar et al., (2009)
82%, y al final, el compost resultante osciló
entre el 50% y 60% de humedad. Los autores
señalan haber encontrado alto nivel de malos
olores y moscas durante el llenado de los
compostadores con los residuos frescos, pero
indican que los mismos fueron disminuyendo
poco a poco hasta desaparecer después de 45
días debido a la descomposición. Cuando la
Tiempo (días)
humedad del compost supero el 75 % aparecieron olores debido a las reacciones anaeróbicas que
empezaron a dominar la descomposición, determinadas por la reducción de la concentración de
oxígeno en el medio, ya que el agua libre tendía a ocupar los poros de la mezcla, evitando la
difusión de este gas .
Pág.: 32
E pH subióó inicialmennte a 8,5, peero a los 30 días se neuutralizó conn el avance del
El
d procesoo de
composstaje, lo que se puedee atribuir a la produccción de dióóxido de caarbono, ácidos orgániccos
Gráfiico 1‐2 Evoluciión del Fósforoo, Kumar et al., (2009)
Gráfico 1
1‐3 Evolución dde C:N, Kumar eet al., (2009)
Tiempo (días))
simples, a la péérdida de nitrógeno como
Tiempoo (días)
Gráfico 1
1‐2 Evolución del pH, Kumar eet al., (2009)
amoníacco volátil enn presencia de valores de pH
elevadoos y/o a la mineralizaci
m
ón de nitróggeno y
fósforo en nitratoos, nitritoss y ortofosfatos,
respectiivamente, por la actividdad microbiiana.
L relacióón C/N ess un paráámetro
La
importaante en los procesos
p
dee descompoosición
biológicca, el cual debe manttenerse denntro de
ciertos rangos paara no afeectar a la biota
descom
mponedora. A lo largo del tiempoo de la
Tiemppo (días)
degradaación, esta relación
r
va disminuyenndo a medid
da que se oxida
o
la matteria, se dessprende CO
O2 y
otros gaases, y se vaa perdiendo masa seca (Hamoda et al., 1998)..
Kumar et al.
a (2009) encontraron
e
n en la carg
ga utilizada en sus enssayos una relación
r
C/N
(medidaa en el día 15)
1 que osciiló entre 25,84 (en la unidad
u
E) a 27,35
2
(en laa unidad B)); estos valoores
disminuuyeron graddualmente con
c el progrreso del com
mpostaje (G
Gráfico 1-4). Después de 90 días, la
relaciónn C / N varióó entre 17,887 (en la unnidad A) a 22,19
2
(en la unidad D). En la Tabla
a 1-2 se inddica
el peso del composst obtenido en cada unnidad despuéés de los 900 días de traatamiento, y el porcenttaje
de reduccción en el peso del maaterial comppostado.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 33
E el Gráfi
En
fico 1-5 se representan
r
estos valorres para cad
da unidad
dde compostaaje. Es posie las ible
Grááfico 1‐3
Tasa de reducción yy eficiencias de
composteeras, Kumar et a
al., (2009)
observaar que la mááxima reduccción con reespecto al peso
de
coompost
prroducido
se
logróó
emplean
ndo
vermicoompostaje (compost con lombrrices), con una
reduccióón
del
4
47,5%.
L
Las
unidaddes
cilínd
dricas
horizonntales de ejee giratorio F y G mostraron el menor
m
valor dee reducciónn de peso (334%); en esstas unidadees la
oxidacióón fue mayor debiddo a la
simplicidaad y
eficienccia de la rootación com
mo sistemaa de volteo
o del
composst para su airreación.
O
modeelos de com
mpostadoress doméstico
os comerciaales y artessanales:
1.1.2 Otros
ebay.com.aau
kedel.cco.uk
compost-biins.org
bestcom
mpostbinrevieews.com
kmart.com
k
kollvik.com
kedel.co.uk
Sisstema plástico apilable
culturaverdee.es
kenttuckybarrels.com
Págg.: 34
m
mantis.com
w
weiku.com
joraform.ccom
Rolleston, Nueva
N
Zelandaa
Moddelo caseros de cajones recttangulares
intaa.gov.ar/exteension/prohuuerta
C. A.Falcó, 2015
musshroommachinnery.com
naturemill.com
m
funddacion-enlacees.org
inti.gob.ar//compostajeddomiciliario
Págg. 35
E composttador rotativvo patentaddo por Harry
El
y Windle (2004) (Patennte Nº US 6,783,975B22 )
(Imagenn 1-4) cuentta con un módulo
m
de opperación Baach, inyección forzada de aire y ro
otación
manual..
Im
magen 1‐4 C
Compostador de Harry Win
ndle, 2004
Imagen 1‐5 Compo
ostador de Lukkhana Benjaawan et al., 20
015
postador de LLongoria Ramirez et al., 201
14
Imaggen 1‐6 Comp
E composttador de Luukkhana Bennjawan (2015) (Imageen 1-5) es dde tipo semiicontinuo, con
El
c
ventiladdores para aireación
a
forrzada, y un mezclador mecánico automátizad
a
do, como see muestra enn la
Imagen. Es un proototipo de 80 l de capacidad
c
para
p
uso doomestico. C
Cuando se completa
c
deebe
esperarsse la madurez para retirrar el compost y reiniciiar el proceso.
Págg.: 36
E composttador domééstico de Longoria
El
L
Raamirez et al.
a (2014) ((Imagen 1--6) es de tipo
continuoo, con 3 camaras
c
que suman un
u un voim
men de 1100 litros, coon ventilación forzadaa y
automattizado. Tienne capacidadd para tratarr 3 Kg/día de
d ROB al ritmo
r
de su generación..
C
Como
se haa mencionaado, los munnicipios en Dinamarcaa entregan a cada hogaar un digesstor
hogareñño de resiiduos orgánnicos, de forma de promover el compoostaje dom
méstico. Esstos
composstadores tiennen forma de cono, como
c
muesttra la Imaggen 1-7, dee PE y PP reciclado. El
volumenn total es de
d 0,32 m3 y las dim
mensiones so
on de 95 cm
m de alturaa y 48 cm y 105 cm de
diámettro
supperior
respecttivamente.
Las
e
inferiior,
unidades
u
de
compoostaje están equipadas con una taapa,
una red de acero fino enmaascarado enn la
parte inferior, quue evita el
e ingreso de
roedorees, una escotilla desdee donde pueede
ser retiirado el com
mpost madu
uro, y una red
Imagen 1
1‐7 Compostad
dor Dinamarc
ca (Andersen para evi
itar la entraada
de mosccas.
La parteeet al., 2011)
inferior cu
uenta con nuumerosas perforacionees desde donnde
el aire circundante
c
puede ingrresar . La taapa de cadaa unidad tiene un anilloo plástico por
p debajo que
q
permite el flujo dell aire (Andersen et al., 2011).
A partir dee la observvación de todos
t
los sistemas de compostajje analizado
os, es posiible
concluirr que, aunqque sea unn proceso microbiológ
m
gico muy complejo,
c
rrealizar com
mpost es una
u
operacióón sencilla.. Cualquierr persona quue deseara realizar coompost conn su fracción orgánica de
residuoss no necesittaría comprrar ningún tipo de dispositivo sofisticado com
mo el que see desarrollaa en
esta tesis. Estos diispositivos lo que en realidad
r
ofrrecen es com
modidad y confort con
n el objeto de
favoreceer su uso esstandarizadoo en una ciuudad.
T
Todos
estoss dispositivvos operan en
e forma baatch(11). Essto implica que se carg
ga una cám
mara
hasta coompletarla, y luego see espera ell tiempo requerido por el processamiento deel compostaaje,
rotándola. Los moddelos con doos cámaras mejoran esta situaciónn, ya que al completar una
u cámara,, es
posible operar con la otra, la que
q deberá tener
t
capaciidad suficieente como ppara que durrante el tiem
mpo
que dem
manda la caarga hasta suu llenado, se
s haya term
minado de compostar
c
laa otra. En estos
e
processos,
al mom
mento de tenner que cam
mbiar de unaa cámara a la otra, es necesario ttraspasar co
on una pala de
jardín una
u porción de mezcla a la cámaraa nueva, lo que
q funcionnará como innóculo; en caso
c
contrarrio,
11
descripptos en Tchobbanoglous (1998)
C. A.Falcó, 2015
Págg. 37
el proceso se hará más lento. Si bien con estos métodos es difícil lograr calidad constante en el
compost resultante, se requiere una mínima intervención del operador, son ciertamente muy
prácticos y eficientes, e incluso pueden ser fabricados fácilmente en el hogar.
En esta Tesis proponemos un modelo de tipo continuo de 3 cámaras que ofrezca mejor
maniobrabilidad. No se ha encontrado ningún tipo de dispositivo suficientemente parecido al
propuesto en esta tesis. Los más similares (en su morfología) son dispositivos cilíndricos rotativos
como los desarrollados por Kollvic.com o Matis.com (ya sean manuales o automáticos, con
aireación forzada o sin ella, con o sin calefacción). En esta tesis se planteó experimentar con un
dispositivo que recibió los ROB siempre en la misma compuerta, y se retiró el compost siempre
desde el otro extremo. El sistema permitió controlar un lento flujo pistón pulsante desde la primera
cámara hasta la última, mientras se desarrolla la degradación en forma controlada. Ésta es una de las
principales diferencias de este dispositivo respecto de todos aquellos que se han encontrado en la
bibliografía y en el mercado.
De acuerdo con el análisis realizado el biodigestor que se espera obtener a partir de esta
tesis tendrá las siguientes características:
; un Reactor Cilíndrico de escala hogareña,
; tipo AC (de Auto Calentamiento),
; con aislación,
; con mezclado y aireación(12) por rotación (automatizada y programable),
; con 3 cámaras, que dividen las fases del tratamiento,
; operado mediante sistema controlado de flujo pistón , pulsante,
; permitiendo alimentación continua, al ritmo de la generación de residuos en el hogar;
; no requiere ninguna manipulación del residuo más que la descarga al equipo del ROB
desde el pequeño recipiente recolector de la cocina.
12
No se requiere aireación forzada; la oxigenación se logra debido a la la alta frecuencia relativa del volteo al rotar 3
vueltas por día ( un minuto cada vez, a 3rpm), que constituye el único momento donde el dispositivo consume
energía eléctrica.
Pág.: 38
1.2 FUNDAMEENTOS DELL PROCESO DE COMPO
OSTAJE
P
Podríamos
definir al compostajje como un
u proceso biológico controlado
o aeróbico de
degradaación y estaabilización de los residduos sólido
os orgánicos biodegraddables, realizado por una
u
poblacióón microbiiana mixta en un am
mbiente cállido y húm
medo. Com
mo resultad
do, el residduo
biodegrradable reduuce su peso a menos dee la mitad, y queda trataado y estabiilizado.
L fracciónn orgánica alimenticia
La
a
de los RSU
U puede connsiderarse ccompuesta en
e general por
p
proteínaas, aminoáccidos, lípidoos, hidratoss de carbon
no, celulosaas, lignina y cenizas. A lo largo del
procesoo de compoostaje, comoo resultadoo del proceso de respiiración celuular aeróbicca de la biiota
descom
mponedora presente,
p
se libera dióxxido de carb
bono y vapoor de agua,, según unaa multipliciddad
complejja de reacciones bioquíímicas que podemos
p
sim
mplificar coon la siguiennte ecuación:
Ecu
uación 1‐1 Pro
oceso de Com
mpostaje (adaptado de Tcho
obanoglous eet al., 1998) E este prooceso irreveersible los microorgani
En
m
ismos degraadan los ressiduos orgáánicos a travvés
de unaa serie de reaccioness catalizadaas por enzzimas iniciiadas a tem
mperatura ambiente. La
degradaación transfo
forma al RO
OB en comppuestos más simples y nueva
n
biom
masa celularr, mientras una
u
fracciónn se mineralliza a dióxiddo de carbono, agua. Como
C
resultaado de este proceso se libera energgía,
según Richard
R
(20005) el calor liberado es del orden de
d 14 KJ.g-11 de oxigenoo consumido.
E
Existe
una compleja red trófica participaando del proceso
p
de compostaje, incluyenndo
consum
midores prim
marios que se alimentann del sustratto disuelto (bacterias,
(
hhongos, levaaduras, etc.)), y
consum
midores secuundarios quue se alimeentan del su
ustrato y del
d primer nnivel trófico, tales como
lombricces de tierraa, nematodees, rotífeross, protozooss, etc. En essta red trófi
fica, cada deescomponeddor
C. A.Falcó, 2015
Págg. 39
que muere o libera excreciones, agrega más materia orgánica disponible para los otros
descomponedores.
A fin de llevar a cabo sus funciones vitales, incluyendo la reproducción, los organismos
requieren de fuentes de energía y de carbono para la síntesis de nueva biomasa celular, además de
nutrientes, y condiciones ambientales adecuadas. Los organismos descomponedores dominantes
presentes en un compostador son principalmente quimioheterótrofos:
•
“Quimiótrofos” por que obtienen su energía de las reacciones químicas de óxido-reducción
de la materia orgánica
•
“Heterótrofos” por que utilizan carbono orgánico del residuo como fuente de C para la
formación de biomasa celular.
Para que se produzca la degradación es necesario que el residuo, como sustrato disuelto,
tome contacto con la parte exterior de la célula bacteriana mediante varios posibles mecanismos.
LaGrega et. al (1996) explican que el acto de tomar contacto desencadena una serie de procesos
metabólicos involucrados en la degradación de los residuos orgánicos que se representan en la
siguiente Figura 1-1.
El primer paso consiste en el transporte del sustrato al interior de la célula, que se puede
producir por tres vías:
•
Formación de un complejo Enzima-Sustrato extra celular;
•
Degradación parcial del sustrato;
•
Transporte directo a través de la membrana celular.
Luego del contacto del microorganismo con el sustrato, las enzimas extracelulares
producidas por las bacterias formarán complejos con las moléculas de sustrato.
Estos complejos permiten al sustrato atravesar la membrana celular. Una vez en el interior
de la célula, son las enzimas intracelulares las que formarán complejos con el sustrato para
catalizar otras reacciones necesarias encaminadas a la obtención de energía y producción de
nuevo material celular.
Pág.: 40
Figura 1‐1 Procesoss Enzimáticos en la degradaación de Resid
duos (LaGregga et al.,1996)): A
Algunos
coompuestos orgánicos
o
soon demasiad
do grandes para ser traansportados de esta forrma
al interiior de la céllula y la deegradación parcial
p
(tran
nsformaciónn enzimáticca) ocurre en
n la superfiicie
celular, generando moléculas menores y permitiend
do el ingresso de éstas a la célula a través dee la
membraana celular. Otras sustaancias químicas orgániccas ingresann directamente al interiior de la céllula
bacteriaana, mediannte mecanism
mos de trannsporte pasivos, sin gaasto de enerrgía, o activ
vos, con gaasto
energétiico por partte de la céluula, sin neccesidad de formar
f
com
mplejos con las enzimass (Curtis et al,
2008).
L enzimaas son molééculas proteeicas grandees compuesstas por aminoácidos unidos
Las
u
entree sí
mediantte enlaces covalentes
c
p
peptídicos,
q adquierren formas complejas een el espacio mediantee la
que
intervennción de unniones débilles, tales coomo puentees de hidróggeno, puenttes disulfuro
o y fuerzas de
van deer Waals. Su papel en el mettabolismo es extremaadamente ccomplejo, esencialmeente
disminuuyen la eneergía de activación reqquerida paraa iniciar unna reacción y por tanto
o aumentann la
actividaad biológicaa. Esta capaacidad se deebe a una especificidad
e
d inducida estereoquím
micamente por
p
afinidadd estructuraal entre la enzima y el sustrato
o. Al actuaar las enziimas como catalizadoores
biológiccos no se coonsumen en el proceso,, y así puedeen continuaar actuando como tales..
D
De
forma general,
g
la actuación secuenciall de una gran
g
varieddad de enzzimas, que no procedden
necesariiamente de la misma especie
e
bactteriana, deg
grada los residuos orgáánicos a com
mpuestos caada
vez máss simples (ppor ejemploo, de hidroccarburos a alcoholes,
a
d alcoholess a ácidos orgánicos
de
o
y de
ácidos orgánicos
o
a dióxido dee carbono). La especificcidad de lass enzimas ppara un susttrato particuular
C. A.Falcó, 2015
Págg. 41
varía ampliamente. Hay algunos compuestos orgánicos que forman complejos con una única
enzima conocida, producida por dos o tres especies bacterianas diferentes. De la misma forma, hay
algunas bacterias que utilizan como sustrato una única sustancia orgánica (Curtis et al, 2008).
En una célula se dan básicamente dos tipos de procesos metabólicos fundamentales
conocidos como procesos anabólicos (síntesis de compuestos celulares) y catabólicos (degradación
de moléculas mayores a fin de obtener moléculas simples con liberación de energía). Las reacciones
de oxidación-reducción que liberan energía implican una transferencia de electrones desde el
carbono orgánico, mientras éste se oxida a un estado superior. Para completar la reacción se
necesitan aceptores de electrones. Estos pueden ser entre otros: oxígeno, nitratos y sulfatos. La
energía liberada en los procesos catabólicos es recuperada en los enlaces fosfato–fosfato de
moléculas de adenosín trifosfato (ATP) y adenosín difosfato (ADP) y es utilizada para los procesos
de anabolismo y catabolismo celular y las actividades de síntesis de los compuestos celulares
(Curtis et al, 2008).
1.2.1 MICROORGANISMOS DOMINANTES EN EL COMPOST
Los microorganismos normalmente se clasifican, según su estructura y función celular,
como eucariotas, eubacterias y arqueobacterias. Los taxones procariotas (eubacteria y
arqueobacteria), a diferencia de los eucariotas, no poseen núcleo celular definido, ni presentan, en
general, organelas membranosas internas. Son de una importancia primordial para el proceso de
conversión biológica de la fracción orgánica de los residuos sólidos y generalmente se los denomina
sencillamente bacterias.
El grupo eucariota incluye plantas, animales, hongos y protistas
(algas, protozoos, entre otros). Los eucariotas más importantes en la conversión biológica de los
residuos orgánicos incluyen hongos y levaduras,. Otros microorganismos eucariotas presentes en
algunos compost son pequeños animales microscópicos unicelulares (protozoos) o multicelulares
(rotíferos, etc.) que se encuentran en el agua libre del compost. Se alimentan de la materia orgánica,
y de las bacterias y hongos unicelulares. Tienen actividad como descomponedores secundarios, pero
es baja su participación en la descomposición del material en ambientes con una humedad inferior
al 60%, ya que viven en la película de agua libre que aparecen en la mezcla de residuos del
compostador cuando la humedad supera el 65 a 75%, según la porosidad y características de cada
sustrato. La presencia de elevados niveles de humedad en el medio facilitaría su multiplicación,
Pág.: 42
pero im
mplicaría rieesgo de annoxia para ciertos
c
mod
delos de com
mpostadorees, debido al
a significativo
incremeento en el coonsumo de oxígeno
o
asoociado a su actividad (Atlas
(
y Barrtha, 2005).
E la etapaa inicial del proceso prredomina un
En
na actividadd amilolíticca mayor en
n bacterias. La
actividaad lipolítica es más aceentuada en la
l población
n fúngica coomo tambiéén es mayorr la proporción
de honggos con activvidad celuloolítica. (De Carlo et al,
l, 2001)
1.2.1.1 Bacteriass
Las bacteriias son proccariontes unnicelulares esféricos,
e
enn forma de bastón o esspiraladas. Las
L
d
loos bastoncilllos (baciloss) varían enntre
formas esféricas (ccocos) varíaan de 0,5 a 4 µm de diámetro;
0,5 y 200 µm de lonngitud y enntre 0,5 y 4 µm de anccho; las baccterias espirraladas (esp
pirilos) puedden
presentaar más de 10
1 µm de loongitud y approximadam
mente 0,5 µm
m de ancho (Atlas y Ba
artha, 2005))
L bacteriaas están connformadas aproximadam
Las
a
mente por un
u 80% aguua y un 20%
% materia seeca,
de la cuual el 90% es orgánicca y el 10%
% es inorgáánica. Aproxximadamennte el 53% en peso dee la
fracciónn orgánica corresponde
c
e a átomos de carbon
no. Los com
mpuestos quue represen
ntan la porción
inorgánnica del cuerrpo celular de las bacteerias incluy
yen P2O5 (500%), CaO ((9%), Na2O (11 %), MgO
M
(8%), K2O (6%) y Fe2O3 (1%)), entre otroos.(Curtis ett al, 2008). Todos
T
estoss elementos y compuesstos
son tom
mados por laas bacteriass del ambieente, o sea la compostera. La aussencia de esstas sustanccias
limitaríaa y en algunnos casos allteraría el crrecimiento de
d estos miccroorganism
mos.
L bacteriaas representtan el 80 a 90
Las
9 % de la comunidad
c
microbiolóógica típicam
mente preseente
en el coompost. Soon responsabbles de la mayor
m
parte de la desscomposicióón y de la generación de
calor. Su
S metabolissmo está associado a caategorías nu
utricionales diversas y usan un am
mplio rango de
enzimass para rompper químicam
mente una gran
g
variedaad de material orgánicoo. Al comen
nzar el proceeso
de comppostaje preddominan lass bacterias mesófilas
m
qu
ue en generaal corresponnden a las especies
e
quee se
encuenttran en la suuperficie deel suelo, talles como Pseudomona
P
as sp, un grrupo caracteerizado porr su
diversiddad metabóólica, Bacilllus sp., y Enterobacte
E
er sp., entree otros . B
Bacterias ceelulolíticas del
género Celullomon
C
nas sp. tambbién están prresentes en un compostador (Peterrs et al., 2000)
R
Rebodillo
e al. (20088), en una investigació
et
ón, sobre poblaciones
p
microbian
nas, durantee el
procesoo de compoostaje de reesiduos orgáánicos sólid
dos municipales, encoontraron que el grupo de
bacteriaas, estuvo reepresentadoo, en aerobiaas Gram-neegativos del género: Pseudomonass, Azotobactter,
Azospirrillum; en aerobias
a
Grram-positivaas, el génerro Micrococccus y form
madoras de esporas com
mo
Bacilluss, géneros similares, a los
l encontraados en estaa investigacción.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 43
A medida que se incrementa la temperatura del compost, como resultado de la actividad
microbiológica de degradación, la comunidad inicial es parcialmente desplazada por otros
microorganismos con gran capacidad de degradar proteínas.
La densidad de los organismos
pertenecientes a distintas especies del género Bacillus es regularmente alta entre los 50º y 55º C,
pero decrece dramáticamente por arriba de los 60º C. Cuando las condiciones se vuelven
desfavorables, estas bacterias sobreviven formando endosporas y vuelven a estar activas cuando las
condiciones se vuelven favorables. A las más elevadas temperaturas alcanzadas por el compost se
han aislado termófilas extremas como las bacterias del género Thermus. En la fase termófila (40 a
60º C) se desarrollan fundamentalmente Microorganismos del grupo de los actinomycetes. En el
compost, este grupo cumple un rol fundamental en la degradación de compuestos orgánicos
complejos como la celulosa, las hemicelulosas, la quitina y la lignina. Poseen enzimas capaces de
degradar materiales resistentes como corteza de árbol, trozos de madera y papel. Algunas especies
aparecen en la fase termófila y otras se vuelven dominantes
en la etapa de enfriamiento o
maduración cuando sólo quedan los materiales más resistentes y participan en las últimas etapas de
formación del compost (Peters et al., 2000).
1.2.1.2 Hongos y Levaduras
Los
hongos
se
consideran
como
eucariontes
multicelulares,
no
fotosintéticos,
quimioheterotróficos. La mayoría de los hongos tienen la capacidad de crecer en condiciones de
extremas de humedad, las que no favorecen el crecimiento de las bacterias. Además, los hongos
pueden tolerar valores de pH relativamente bajos. El valor de pH óptimo para la mayoría de las
especies de hongos parece ser aproximadamente 5,6, aunque pueden desarrollarse entre pH 2 a 9. El
metabolismo de estos organismos es esencialmente aerobio, y sus células suelen asociarse formando
largos filamentos, denominados hifas, que constituyen la unidad vegetativa de estos organismos,
variando entre 4 a 20 µm de ancho. Las hifas consituyen el micelio del hongo, el cual constituye el
cuerpo vegetativo del organismo (Atlas y Bartha, 2005).
Los hongos y las levaduras son típicamente saprofíticos (obtienen la energía de la materia
orgánica de las plantas y animales muertos) y aeróbicos, por lo que encuentran un hábitat ideal en el
compost. Las especies fúngicas presentes en el compostaje son numerosas, tanto en las fases
mesófilas como en la termófila. Crecen como filamentos casi invisibles o como colonias blancas o
grises vellosas.
Pág.: 44
También son respoonsables de la descompposición dee polímeros complejos (celulosa, hemicelulos
h
sas,
pectinass, y lignina). Su activiidad en el compost
c
es determinannte ya que iinician la degradación
d
de
restos vegetales
v
y animales, en
e moléculaas menores, permitienddo que las bbacterias con
ntinúen conn la
descom
mposición unna vez que la celulosa se ha agotaado. Puedenn degradar material deemasiado seeco,
ácido o con bajo contenido
c
d nitrógenoo de difícil descomposición por laas bacteriass (Rebollidoo et
de
al., 2008).
L levaduuras son hongos que no
Las
n pueden formar filaamentos (m
micelios) y por tanto son
s
unicelullares. Algunnas levadurras forman células
c
elíp
pticas de 8 a 15 µm poor 3 a 5 µm, mientras que
q
otras soon esféricas,, con tamañoo variable entre
e
8 y 12 µm de diám
metro (Atlass y Bartha, 2005).
1.2.1.33 Actinomyycetes
L actinom
Los
mycetes sonn los responnsables del olor
o a tierraa en la fase final del co
ompost.
L
Los
actinom
mycetes son un grupo de
d organism
mos con pro
opiedades inntermedias entre bacterias y honggos.
Son sim
milares en foorma a los hongos,
h
exccepto que prresentan células de sóllo 0,5 a 1,4 µm de ancho.
Las céluulas constittuyen hifas, con un crrecimiento similar al descripto
d
paara los hon
ngos. (Atlaas y
Bartha, 2005) .
C
Constituyen
n un imporrtante grupoo de organiismos procaarióticos, haabitantes deel suelo y del
materiall vegetal compostado
c
, en generaal, son cap
paces de deegradar susttancias com
mplejas, como
lignocellulosa, quitiina y peptiddoglicanos, contribuyeendo notableemente, a laa mineralización de esstos
compueestos en el suelo y en ell compostaje (Escobar et al, 2012))
C. A.Falcó, 2015
Págg. 45
1.2.2 PARÁMETROS IMPORTANTES PARA EL DISEÑO Y OPERACIÓN DE COMPOSTADORES
Son variados los aspectos que deben atenderse para su diseño, y que deben controlarse para
optimizar tanto su funcionamiento, así como las propiedades del producto final.
Puesto que la base de los procesos de degradación biológica es la promoción del crecimiento
de la biomasa microbiana a expensas de un sustrato biodegradable deben establecerse las
condiciones apropiadas para que el desarrollo de la actividad microbiológica sea factible, prolífico y
controlado.
Para lograr un buen funcionamiento biológico del proceso de compostaje los
parámetros más importantes a considerar en el diseño y la operación son:
9 CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO (AIREACIÓN),
9 HUMEDAD,
9 RELACIÓN C/N y REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES
9 TEMPERATURA, y
9 pH
Se emplean, adicionalmente, otros parámetros e indicadores relacionados con uno o más de
los anteriores, los que mencionaremos oportunamente en cada caso, tales como porosidad,
porcentaje de agentes estructurantes (bulking), biodegradabilidad, frecuencia de mezcla o rotación,
frecuencia de aireación, tamaño y distribución de las partículas, tiempo espacial, tiempo de
maduración, densidad aparente, temperatura ambiente, etc.
1.2.2.1 CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO (AIREACIÓN)
El oxígeno es esencial para mantener el metabolismo respiratorio aeróbico. Al comienzo de
la actividad oxidativa en una pila estática la concentración de oxígeno en los poros es cercana al 1520 %, similar a la concentración de la atmósfera, y la de CO2 oscila entre 0,5 y 5 %. A medida que
la actividad biológica progresa, la concentración de oxígeno decrece, y la del CO2 aumenta. Si la
concentración de oxígeno desciende por debajo del 5 % se empiezan a crear condiciones de
anaerobiosis (García Ferrandez et al, 2007). En su tesis, De Smárs (2002) encontró que la
Pág.: 46
reduccióón de los niveles de O2 de 2,5 a 1% en el gaas del comppost reduce la tasa de degradaciónn y
provocaa una mayorr emisión dee metano.
P debajo del 5% dee O2, mientrras la activ
Por
vidad anaeróóbica se m
mantiene red
ducida, todaa la
masa dee la pila actúúa como unn biofiltro que
q atrapa y degrada loos compuesttos gaseosos olorosos que
q
resultann de la descomposicióón anaeróbiica (ácidos grasos, etcc.). Cuandoo la activid
dad anaeróbbica
aumentaa por encim
ma de cierto límite, deentro del que
q se veriffica esta cappacidad de absorción, se
emiten al exterior de la pila gases que provocan
p
olores
o
desaggradables caaracterístico
os. Para eviitar
p
eludir las
esto es necesario contar conn algún sisttema de ree-oxigenacióón suficiennte como para
situacioones de anaeerobiosis. En
E el caso de
d las pilas estáticas
e
y los
l reactorees verticales sin mezclaa, si
la pila se
s conformaa como unaa masa muy húmeda po
oco porosa, con poca rrotación o ree-aireación,, se
deben agregar
a
ageentes estruccturantes paara mejorarr la estructtura física de la mezccla, como por
p
ejemploo virutas de
d madera o restos de
d poda trriturados (13). De esta forma see favorece la
incorporación natuural de airee por los laterales,
l
ap
provechanddo la succióón que pro
ovoca el flujo
convecttivo ascendeente del callor generaddo en el cen
ntro durantee las reaccioones de com
mpostaje enn la
pila. Enn este trabajjo de tesis, la re-aireacción suficien
nte se logra a través dee un program
ma de rotación
adecuaddo, según see desarrollarrá más adelaante. (Garccía Ferrandeez et al, 20007)
E Gráficoo 1-6. reepresenta los
El
l
Gráficco 1‐4. Requissitos de flujo de aire para ttres tipos de com
mpost en pila ((Keener et al, 1997a)
requisitoos de flujo de aire paraa tres tipos de
composst en pila (Keener ett al, 19977a):
Biosóliddos o astilllas de madeera (BS/WC
C),
desechoos de jardíín (G/L/B)) y Residuuos
Sólidos
municippales
(M
MSW).
L
Los
resultaddos sugierenn que los requisitos de
flujo dee aire pueden disminnuir hasta 40
veces a partir de 0--21 días.
D y Keenner (1997) demostraroon que durrante la airreación forzzada en una pila puedden
Das
ocurrir canalizacioones, por donde cirrcula el aire
a
prefereencialmentee, que con
nducen a un
funcionnamiento inneficiente, a menos que
q
se reaalice una adecuada
a
m
mezcla con
n determinaada
frecuenccia como paara corregirr el problem
ma.
13
cuya biiodegradabiliddad es baja y por
p lo tanto see pueden recup
perar al final del
d proceso, ppor tamizado y se puede
reusarr en varios cicclos hasta su degradación.
d
C. A.Falcó, 2015
Págg. 47
Otro parámetro importante muy relacionado con la aireación y la biodegradabilidad es el
tamaño de las partículas y su distribución, ya que influyen directamente sobre la porosidad
adecuada para mantener una aireación suficiente. Sabemos que los microorganismos se desarrollan
sobre la superficie de las partículas orgánicas. Por lo tanto, cuanto menor sea el tamaño de las
partículas, mayor será la relación S/V (superficie/volumen) y esto conducirá a un aumento de la
actividad microbiana, el sustrato orgánico estará más disponible, y por consiguiente la velocidad de
descomposición aumentará. Sin embargo, se debe encontrar un equilibrio adecuado, porque cuando
las partículas son demasiado pequeñas se reducen los espacios internos con aire libre, se compacta
la mezcla, aumenta la retención de agua por capilaridad, y disminuye la circulación de aire en el
interior de la pila, lo que disminuye la disponibilidad de oxígeno para la biota aerobia y reduce
rápidamente el ritmo de descomposición.
Estudios sobre el tamaño de las partículas sugieren valores aceptables entre 0,8 cm y 1,2 cm
de diámetro nominal (Keener et al.,2005). Mason (2006) recomienda un rango razonable de
tamaño de partícula entre 3,2 y 12,7 mm de diámetro, haciendo la salvedad de que estos valores
pueden cambiar mucho para otro tipo de sistemas de compostado que los analizados en su trabajo.
El porcentaje relativo de aire que ocupa el espacio de los intersticios de los poros de las pilas de
compost debe estar en el intervalo de 35-50%. Aunque ciertamente el tamaño de partícula óptimo
dependerá del tipo de sistema de compostaje utilizado, del tipo de material a degradar y el uso
previsto para el compost.
Una porosidad óptima se consigue balanceando correctamente los materiales y sus tamaños
de partículas, el agua contenida en la “torta”, el tipo de mezclado y el tamaño de la pila. Haug
(1993) examinó los efectos del nivel de oxígeno y el espacio de aire libre en varios sistemas de
compostaje, concluyendo también que los efectos de los problemas de una limitada tasa de
oxigenación se evitan si el oxígeno intersticial se mantiene por encima del 5% y la porosidad no es
mucho mayor que el 35%, en el caso de pilas de compostaje. Si la porosidad supera el 50%,
determinará un descenso de la temperatura de la pila porque la energía perdida supera el calor
producido. Así entonces, si la porosidad relativa es muy alta, por ejemplo existe mucho material de
poda, entonces la construcción de pilas grandes puede ayudar a superar parcialmente el problema.
Por el contrario, si la porosidad es demasiado baja conduce a condiciones anaeróbicas, con la
consecuente generación de olores desagradables, entre otros problemas (Haug, 1993).
La mayoría de los reactores a escala de laboratorio relevados utilizaron aireación forzada. La
aireación ha sido típicamente continua y en una dirección ascendente. Existen también ejemplos de
estrategias intermitentes de aireación de reactores a escala piloto, como las que fueron reportadas
Pág.: 48
por Keeener et al.(22005). Tambbién se hann descripto casos
c
de fluujo descendeente, y otro
os que alternnan
la dirección del fluujo, como los
l estudiaddos por Barri et al.(20000). En la bbibliografía se observa un
d estudios de laborattorio y escaala piloto que
q
número relativameente pequeñño de publicaciones de
utilizan aireación por
p ventilaciión natural (Barrington
n et al, 20022; Veeken et al, 2003).
N
Numerosos
sistemas de composstaje a escaala de labooratorio conn aireación
n forzada han
h
utilizadoo la entradda de aire preacondici
p
onado (hum
medad y temperatura). Los invesstigadores han
h
empleaddo comúnm
mente una coorriente de aire humid
dificado conn el fin de eevitar un seecado excesivo
de la masa
m
de coompostaje (referenciad
(
dos en la Tabla
T
1.1). Si bien eesta estrateg
gia puede ser
apropiadda para proopósitos de investigacióón científica, la interprretación de los resultad
dos debe tener
en cuennta la variaación de tem
mperatura y humedad del aire dee entrada a la hora dee extrapolaar y
evaluar posibles effectos a escaala real (Maason, 2006)..
M
Mezclado
Loss métodos de
d mezcla enn sistemas de
d compostaaje a escala de laboratoorio y en esccala piloto
citados en la biblioografía correesponden fundamental
fu
lmente a trees alternativas:
Mezcla meediante tam
mbor giratoriio horizontaal (Lukkhanaa Benjawann et al., 2015; Palmisanno
et al, 1993;; Schwab ett al, 1994; Crohn
C
y Bishop, 1999; VanderGheeynst y Lei, 2003); en
todos los caasos analizaados, el giroo se debía hacer
h
manuaalmente;
n eje que roota internam
mente (Motee y Griffis,
Mezcla meediante palas axiales asociadas a un
1979; Ashbbolt y Líne,11982, Longooria et al. 2014
2
), y
Mezcla porr volteo (Baach et al., 19984; Papad
dimitriou y Balis,1996
B
; Herrman
nn y
Shann,1997; Lehmann et al, 19999; Smars ett al, 2001).
P
Petiot
y dee Guardia (2004) hann discutido extensameente los proocesos de mezcla
m
en los
reactorees de com
mpostaje La mezcla y volteo freecuente del compost, además dee aumentarr la
aireacióón, proporciiona una opportunidad para
p re-hum
mectar, re-airear, y ayuddar en la preevención dee la
canalización..
C
Control
de Olores e inssectos
L estrateggias usadas en esta tesiss para el control de oloores e insecttos se basan
Las
n también enn el
manejo de la reaireeacion, el mezclado
m
y trrituración que
q provoca la rotaciónn del bioreacctor.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 49
Haug (1993) analizó la función de biofiltración del compost para el control de olores y
compuestos orgánicos volátiles (COVs), y discutió la prevención y el control de olores,
demostrando la importancia de sostener altos niveles de oxígeno en el compost para evitar la
formación de los COVs causantes de olores.
Yanqiang et al. (2013) investigaron la composición, contenido y distribución de gases de
olores emitidos por la fermentación anaeróbica de los residuos de alimentos. Se determinaron
Veintinueve gases volátiles, que se clasificaron como compuestos de S, compuestos de N,
aromáticos, alcanos, ésteres, ácidos, y otros compuestos.
Los principales compuestos responsables
del olor son el sulfuro de hidrógeno, el sulfuro de etilo, Los compuestos orgánicos volátiles totales
(COV), y la trimetilamina
Hong et al.(1998), Elwell et al. (2001) y
Wiles et al.(2001) han realizado estudios
experimentales para evaluar el efecto de la aireación continua e intermitente sobre las emisiones de
NH3 y la generación de olores debidos a compuestos volátiles durante el compostaje del estiércol de
cerdo y productos lácteos. Los resultados de estos estudios mostraron que las emisiones de NH3
estaban altamente correlacionadas con el flujo de aire total, independientemente del modo de
operación de la ventilación. Sus resultados también indicaron que las emisiones de olores
amoniacales se reducían si el flujo de aire decrecía, siempre que se mantuvieran las condiciones
aeróbicas. Los resultados de Elwell et al. (2004) demostraron la gran importancia de eludir
condiciones anaeróbicas durante los almacenamientos intermedios entre la generación del residuo y
la planta de compostaje, para que luego la operación en la planta no generara olores desagradables.
En relación con este aspecto, el dispositivo que se desarrolla en esta tesis opera en la
inmediatez de la generación de ROB del hogar, y puede cargarse diariamente o al mismo ritmo de la
generación, y/o incluso por descarga directa en el reactor. Al ingresar a la primer cámara, y cerrada
la misma, el residuo descargado en el dispositivo realiza una vuelta completa para su mezcla,
poniendo así de inmediato a todo el residuo fresco en contacto con abundante masa de biota
descomponedora mesófila activada, y junto al resto del sustrato húmedo y oxigenado. De esta
manera los residuos no llegan nunca a iniciar procesos anaeróbicos, eliminando la génesis de los
olores.
Pág.: 50
1.2.2.2 HUMEDA
AD
L
Los
microoorganismos pueden utilizar
u
y consumir
c
laas moléculas orgánicaas sólo si se
encuenttran disueltas en aguaa y entran en contacto
o con ellas, como dijiimos, la deescomposición
microbiiana ocurre en la pelícuula delgadaa de agua que
q rodea laas partículass orgánicas,, por lo quee el
conteniddo de hum
medad de la
l mezcla debe ser suficientem
s
mente alto ccomo para cumplir este
e
requerim
miento. Perro en conttrapartida, como
c
se ha
h señaladoo, se requieeren espaciios libres que
q
permitaan la presenncia del airee libre y diisuelto por toda la maasa para cum
mplir con la demanda de
oxígenoo necesaria para
p la resppiración celuular de la biiomasa. Com
mo consecuuencia, se debe lograr una
u
soluciónn de comprromiso entree estos facttores, de accuerdo a la forma de reeaireación que
q ofrezcaa el
tipo de compostadoor que se essté usando. Es evidentee que si se pudiera garrantizar la oxigenación
o
n de
la mezccla, es deseaable, a fin dee generar unna adecuadaa velocidad de tratamieento, que haya abundaante
agua enn la torta.
E
Existe
diverrsidad de oppiniones conn relación al
a contenidoo de humedaad óptimo, en virtud dee la
variedadd de sistemaas de compoostado analizados y de las diferentes capacidaades de reteención de aggua
de los residuos
r
quue están sieendo compoostados. En general, alltos contenidos de maateria orgánnica
(MO) confieren
c
caarácter higroscópico a la mezcla. Andersen et al. (2011) mencion
nan valores de
humedaad superiorees al 75% paara compostt hogareño.
E nivel óptimo de hum
El
medad varíía con los materiales
m
d
debido
a suss respectivaas propiedaddes
específiicas de reteención de aggua. Un ranngo razonab
ble de hum
medad varía entre el 40
0 al 65%, y el
rango prreferido esttará en el orrden del 50 al 60% (Ma
ason, 2006; Keener et aal.,2005). Chimenti et al
(2005) recomienda
r
an para el coomienzo dell proceso un
n rango de humedad
h
opptimo entre 55 y 65%
P debajo del 50% de
Por
d humedadd, el crecim
miento bacteeriano emppieza a conv
vertirse en un
factor liimitante de la velocidaad de reaccióón (por la falta
f
de aguaa para todass sus funcio
ones), lleganndo
a inhibiir la actividaad microbiaana para conntenidos dee humedad muy
m bajos ((inferiores al
a 25 %). Si el
conteniddo de humeedad es muyy alto (mayoor del 65 %)) se puedenn generar conndiciones anaeróbicas,
a
, en
ausenciaa de reaireeacion adecuada, detenniéndose ab
bruptamentee la descom
mposición aeróbica
a
y los
problem
mas que elloo acarrea (M
Mason, 20066).
U vez maduro,
Una
m
el contenido de agua id
deal se reduuce y segúún Keener (2005) poddría
alcanzarr el orden del
d 45 al 500% (base húmeda),
h
essto proporciionaría un eentorno adeecuado paraa la
recoloniización porr los microoorganismos beneficio
osos caracteerísticos deel suelo, minimizando
m
o el
C. A.Falcó, 2015
Págg. 51
riesgo de llegar a condiciones anaeróbicas (Keener et al., 2005). Si el compost contiene un nivel de
materiales inertes (ceniza, plástico, vidrio, etc..) mayor del 10%, entonces el contenido de agua
recomendado podría estar entre el 50 y el 60% para la fracción no inertes (Keener et al., 2005).
El compostaje al aire libre se ve normalmente afectado por las precipitaciones , y en algunas
situaciones se llega a la saturación de las pilas de compost, resultando en la formación de lixiviados,
olores y otros problemas. Por otro lado, en las regiones secas y en las instalaciones cubiertas, es
necesario añadir agua al sistema para evitar la inhibición del proceso por escasez de humedad
(Haug, 1993).
Con el dispositivo desarrollado en esta tesis se realizaron ensayos de operación con
contenidos de humedad entre 45 y 80 % buscando en cada caso satisfacer la necesidad de mezclado
para prevenir olores e insectos.
Lixiviados
Andersen et al. (2011) consideran que los lixiviados de sistemas de compostaje doméstico
constituyen una participación menor al impacto ambiental de los residuos. Ming et al. (2008) y
Andersen et al. (2011) señalan la ausencia de lixiviados en algunos estudios de compostaje
doméstico. Wheeler y Parfitt (2002) indican la generación de 31 cm3/kg de lixiviados a lo largo de
un proceso de de generación de compost doméstico, mientras que Amlinger et al. (2008) reportan
valores que varían en un rango de 3 a 40 cm3/kg de lixiviados (en base húmeda). La generación de
lixiviados es una posible fuente de pérdida de nitrógeno en el compost maduro y si eventualmente
se vehiculiza hasta un cuerpo de agua superficial podría causar su eutroficación. Varios estudios
han observado pérdidas importantes de nutrientes (especialmente nitrógeno) en lixiviados
resultantes de experiencias de compostaje (Parkinson et al., 2004; Sommer, 2001; Colón et al.,
2010). Asimismo los lixiviados son portadores del exceso de sales disueltas liberado por el
compost, y debe atenderse este aspecto para evitar problemas por exceso de conductividad.
Pág.: 52
1.2.2.3 RELACIÓ
ÓN C/N Y NE
ECESIDAD
DES NUTRIICIONALESS
Y se hablóó de la natuural y destaccada importtancia del carbono
Ya
c
parra el desarro
ollo de la vida
v
de los microorgani
m
ismos descoomponedorees. El nitróg
geno tambiéén es un elemento indisspensable para
p
la vida; forma partte de las prrincipales biomolécula
b
as presentess en todos los seres vivos
v
como las
n
a
aminoácidos
s, enzimas y coenzimaas. Es tambiién uno de los elemenntos
proteínaas, ácidos nucleicos;
más abuundantes dee la Naturaleeza, pues enn su forma gaseosa
g
(N2) constituye el 78% dee la atmósfeera.
S embarggo, la cantiddad de nitróggeno presen
Sin
nte en una variedad
v
de suelos sueele ser escaasa,
debido a su propia dinámica y a su ciclo biogeoquím
b
mico. En los suelos norm
malmente el
e contenidoo de
nitrógenno varía dell 0,05 al 2%
% en sus difeerentes form
mas. El nitróógeno puedde llegar al suelo
s
graciaas a
los apoortes de maateria orgánnica, la fijaación bacterriana(14) a partir del aaire, y deb
bido al uso de
fertilizaantes sintéticcos(15). A diferencia
d
d las fuentees naturaless de nitrógeeno, que tien
de
nen un tiem
mpo
de liberración comppatible conn el ritmo de
d crecimieento de la población
p
dde microorg
ganismos, los
fertilizaantes nitroggenados, quuedan disponibles tan
n rápidameente que exxceden la capacidad de
asimilacción de la biota
b
presentte en el com
mpost, y se pierden en forma de am
monio, o so
on disueltoss en
las aguaas de escorrrentías superrficiales y percolados
p
subterráneo
s
s (16).
D
Dentro
del suelo el nitrógeno
n
ess utilizado por las pllantas, anim
males y miccroorganism
mos
quienes lo incorpooran a sus teejidos. Cuanndo dichos organismos mueren, el nitrógen
no reingresaa al
E ciclo es
e complejo
o e involucrra una seriee de reaccio
ones químicas
suelo coompletandoo el ciclo. Este
mediadaas por
orgganismos con
c
diferenntes modelo
os metabóliicos. El cicclo se iniciia a partir de
compueestos inorgáánicos senccillos (NH4+, NO2-, NO
O3-, N2, NH
H3) y terminna con la generación
g
de
compueestos orgánnicos compllejos, que a través de
d la descoomposición regresan a la etapa de
compueestos sencilllos.
S asume errróneamentte que el cicclo del nitró
Se
ógeno ha esttado más o m
menos en equilibrio, pero
medidass de óxido de
d nitrógenoo (N2O) en antiguas bu
urbujas de gas
g atrapaddo en hielo glacial
g
de haace
sólo unnos 200 añoos (era preindustrial), muestran concentracio
c
ones que roondan las 285
2 ppm., y,
y a
partir dee entonces, las medicioones muestrran que la actividad huumana ha geenerado un desbalancee de
este sisstema. El nivel
n
actuaal de óxidoo nítrico en
e la atmósfera ha aaumentado a valores de,
14
Éstas inncluyen cianoobacterias, y acctinomicetes
desde la
l revolución industrial
i
16
Para liimitar un tiem
mpo de liberaciión natural loss fertilizantes sintéticos debben ser usadoss de manera do
osificada y/o en
e
seriess de aplicacionnes (Melaj et al.,
a 2013)
15
C. A.Falcó, 2015
Págg. 53
aproximadamente, 310 ppm (Bainbridge, 1997).
Actualmente, a nivel global, la fuente más
extensa de nitrógeno (y fósforo) añadido al suelo es antrópica, y viene dada por el uso de
fertilizantes sintéticos, que se producen utilizando además grandes cantidades de gas natural. Por
año se aplican sobre los campos del mundo millones de toneladas de estos fertilizantes ricos en
nitrógeno para incrementar el crecimiento de los cultivos. Estos cultivos son proporcionados como
alimento a animales y personas, los que producen desperdicios ricos en nitrógeno. Gran parte de
éstos no son tratados. El incremento de la producción industrial de carne y huevos está resultando
en la concentración de enormes cantidades de estos desperdicios ricos en nitrógeno en áreas
pequeñas, tal como ocurre en los feedlots. El nitrógeno también se concentra en ciudades y pueblos,
tanto en los residuos humanos como en los generados por mascotas y los fertilizantes aplicados en
las áreas sembradas con césped . La mayoría de los sistemas de tratamiento para aguas residuales
remueve y retiene menos de la mitad del nitrógeno contenido en estos desechos. Las escorrentías
en campos y espacios verdes fertilizados sintéticamente transportan grandes cantidades de nitrógeno
hacia los cursos de agua o reservorios receptores, promoviendo los conocidos problemas de
eutroficación (Carpenter et al.; 1998).
Así entonces todas aquellas estrategias naturales posibles de fijación de nitrógeno al suelo
son bienvenidas, tal como ocurre con la promoción de la producción de compost de este trabajo de
tesis.
Para el proceso de Compostaje, la relación existente entre estos elementos vitales, C/N, es
un indicador muy importante, ya que impacta fuertemente en la promoción de los metabolismos
predominantes, que es justamente lo que se quiere controlar promoviendo un sistema aeróbico
balanceado y prolífico.
Las relaciones C / N deben ser ajustadas convenientemente para cada sistema en particular,
teniendo en cuenta la biodisponibilidad del sustrato que se esté compostando, el tipo de
compostador, las condiciones de re-aireación, el contenido de
humedad, la temperatura y
porosidad, entre otras variables. Si existe una carencia relativa de nitrógeno en los residuos que se
van a compostar (valores altos de C/N), la población microbiana no se desarrollará en forma
adecuada debido a la falta de este nutriente esencial limitante, y así disminuirá la velocidad de
degradación de acuerdo a la cantidad de N disponible (Rynk et al.,1992; Keener et al.,2005).
Mientras que si existe un
exceso de N, determinando una baja relación C/N , y las
condiciones ambientales son favorables, habrá una aceleración inicial de la descomposición que
rápidamente provocará “bolsones internos de anaerobiosis”, esta circunstancia implicará una
modificación en la dominancia relativa de los modelos metabólicos presentes en el sistema , lo que
Pág.: 54
disminuuirá la velocidad del proceson
p
dee degradació
ón . El excceso de N sse libera co
omo amoníaaco
gaseosoo
y/o
coomo
nitróógeno
molecular
po
or
desnitrrificación,
con
el
consiguieente
desaproovechamientto del recurso (Rynk et al.,1992; Keener
K
et all.,2005).
E escenarrios de bajaa relación C/N (por ejemplo,
En
e
poor presenciaa dominantte de residuuos
cárnicoss) y aireaciión deficiennte, se inicciarán proceesos de puttrefacción aanaeróbica, en cambioo, a
valores altos de C/N
N, los mateeriales que fermentan
f
darán
d
como resultado laa disminución del pH y la
inhibición del prooceso. Ambbos situacioones generaan malos ollores y debben ser eviitados (Milller,
1993).
E valor prromedio ópptimo de C/N
El
C de unaa mezcla dee residuos para iniciaar un comppost
saludable se considdera que se encuentra alrededor de
d 30 partess de C por ccada parte de
d N. El ranngo
aceptable para la mezcla
m
seríaa de 25 a 40
4 partes dee carbono por
p cada parrte de nitrógeno, a fin de
satisfaceer las necessidades de los
l microorgganismos de
d alta tasa de
d actividadd degradativ
va y reducirr al
mínimoo la pérdida de nitrógenno como am
moníaco (Ha
ansen et al., 1993; Micchel et al., 2004;
2
Ekinci et
al.,20022, citados poor Keener et
e al.,2005).
E resto de los nutrienntes a vecees también pueden
El
p
actuuar como m
material lim
mitante paraa la
síntesis y el crecimiento celuular microbbiano. El fósforo
f
es un
u micronuutriente eseencial para las
plantas y los miccroorganism
mos ya quee es un co
omponente de los áciidos nucléiicos y de los
fosfolíppidos. El fósforo elemeental (P) noo se encuen
ntra en estaado libre enn la naturalleza porquee se
oxida muy
m fácilmeente; sin em
mbargo, son muy comu
unes los com
mpuestos orrgánicos y principalme
p
ente
minerales que conttienen fósforo. Constituuye aproxim
madamente el
e 0,12 % de la cortezaa terrestre.
E términoss generales,, el fósforo del suelo see presenta bajo
En
b formas orgánicas e inorgániccas,
dependiiendo de la naturaleza de los com
mpuestos quee conformee. La forma orgánica see encuentraa en
el humuus y la mateeria orgánicca, y sus concentración
n en el sueloo puede varriar desde 0 hasta valoores
mayoress que 0,2%
%. La fracciión inorgánnica está co
onstituida por
p compueestos de hieerro, aluminnio,
calcio y flúor, entrre otros, y normalment
n
te es más abundante que los com
mpuestos orrgánicos. Solo
una peqqueña parte del P apareece en solución en el ag
gua de poro del suelo (<
< 0,01 - 1 mg/
m L) (Muññoz
et al., 2000). Los microorgani
m
smos sólo pueden
p
apro
ovechar las formas soluubles del fóssforo. Al iggual
que conn el ciclo deel nitrógenoo, el ciclo del
d fosforo a nivel plannetario tambbién está siiendo afectaado
antrópiccamente debbido a la grran incorporración de feertilizantes sintéticos aal medio, qu
ue se produccen
a partirr de la expplotación puuntual mineera de rocaas fosfatadaas (tales coomo apatitaa, fluorapattita,
vivianitta, etc.) (17).. A partir dee su uso enn la agriculttura industrrializada, esste nutrientee se distribuuye
17
donde se
s encontrabaa el P inmoviliizado en sus reservorios
r
esp
perando los tiempos naturaales del ciclo biogeoquímico
b
o
C. A.Falcó, 2015
Págg. 55
espacialmente en los suelos. Los fosfatos insolubles que no son biodisponibles para las células
permanecen en el suelo, mientras que los fosfatos solubles son lixiviados y siguen su camino hacia
los reservorios receptores, tales como lagos y mares, en donde se dispersan lenta y sostenidamente.
Además del nitrógeno, y el fósforo, otros nutrientes inorgánicos requeridos por los
microorganismos son el azufre (S), potasio (K), magnesio (Mg), calcio (Ca), hierro (Fe), sodio (Na)
y cloro (Cl). Otros nutrientes requeridos en concentraciones menores, considerados como
oligoelementos o minerales traza, de importancia biológica debido a su rol como coenzimas,
incluyen: cinc (Zn), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), selenio (Se), cobalto (Co), cobre (Cu),
níquel (Ni), y wolframio (W). Además de los nutrientes inorgánicos citados, algunos organismos
también pueden necesitar nutrientes orgánicos. Los nutrientes orgánicos necesarios son conocidos
como factores de crecimiento, requeridos como precursores o constituyentes del material celular
orgánico, que no pueden ser sintetizados a partir de otras fuentes de carbono. Aunque los requisitos
de factores de crecimiento difieren de un organismo a otro, los principales factores de crecimiento
incluyen: 1) aminoácidos, 2) purinas y pirimidinas, y 3) vitaminas. (Moreno Casco et al., 2008)
Como veremos más adelante, la relación C/N es utilizada como un indicador de la
estabilidad del compost y de la disponibilidad del nitrógeno en el sistema (Andersen et al., 2011,
Boldrin et al., 2010). En Argentina, la Resolución SENASA Nº 264 /2011 establece, para enmiendas
orgánicas, que el límite para la relación C/N debe ser inferior a 20, coincidiendo con la Norma
Española RD 824/2005 y la australiana AS4454 (2012). Las normas norteamericanas CCQC (2001);
y las norma chilena NCh 2880/2005 coinciden en señalar entre las especificaciones que debe
cumplir un compost maduro, que un compost será considerado de Clase A si C/N< 25, y como
correspondiente a la Clase B, si C/N < 30 (ver ítem 1.3).
Pág.: 56
1.2.2.4 TEMPERA
ATURA
Gráfico 1‐5 EEvolución de la temperatura del proceso
o
C
Como
indiica la Ecuuación 1-1, la
actividaad microbioológica de degradación
d
n en
condicioones aeróbbicas es exotérmicaa y
producee calor, lo que
q provoca el aumentoo de
la tempeeratura del sistema.
s
S distinguuen tres etappas durantee un
Se
ciclo de
d compoostaje atenndiendo a la
evolucióón de la tem
mperatura deel proceso En
la fase inicial,
i
la biota mesófiila degrada rápidamentte el sustratto soluble ppresente y lo
os compuesstos
fácilmennte biodegrradables. Esste calor gennerado hacee que la tem
mperatura deel sistema aumente,
a
haasta
que, al alcanzar
a
approximadam
mente los 40ºC, la biom
masa mesófilla presente deja de ser competitivva y
comienzzan a predoominar los organismoss termófilos. Éstos, a su vez, aceleran la degradación
d
de
proteínaas, ácidos grasos
g
y polisacáridos, tales como
o la celulossa y la hem
micelulosa, las
l principaales
molécullas estructurrales de los vegetales.
E la meddida en quue estos compuestos
En
c
altamente energéticoos se van agotando, la
temperaatura baja gradualment
g
te y los miccroorganism
mos mesofíllicos vuelveen a ser do
ominantes y se
encargaan de la fasee final de maaduración de
d la materiaa orgánica remanente.
r
C
Cuando
la mayor partte de la materia orgán
nica fácilm
mente digeriible se ha consumido,
c
, la
velocidaad de degraadación dissminuye, deebido a la mortalidad
m
de la biotaa presente en
e ausencia de
suficiennte disponibbilidad de materia
m
orgáánica degrad
dable. Sólo sobrevive una comunidad reduccida
de equillibrio, adecuada para la menor caantidad de sustrato
s
rem
manente. Leentamente, la
l densidadd de
microorrganismos se
s reduce hasta
h
niveless menores, estabilizándose, por loo que esta última fasee se
denominna maduracción o estabiilización deel compost.
E descrippción del proceso de compostaje
Esta
c
es asignablle a los proocesos batch
h, que resulltan
ser los más
m frecuenntes.
El dispositivo que se desarrolla
d
e esta tesiss opera porr flujo pistónn con 3 cám
en
maras o celddas
en las que
q se buscaa que predomine cada una
u de estass fases resppectivamentee.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 57
Se pretende
p
asíí que en la cámara Nº 1 donde see recibe el R
ROB fresco
o se encuenntre
una abuundante maasa de bioota mesófilaa activa co
on el
residuo fresco anteerior, que tome contaacto rápidam
mente
con estee nuevo suustrato a finn de iniciarr rápidamen
nte el
procesoo de la deescomposiciión. El volumen de biota
presentee en la priimer cámarra(18) es más
m de 20 veces
v
superiorr al volumeen de residuuo descargaddo, con lo que
q el
ROB frresco reciénn volcado enn esta 1er cámara,
c
un
na vez
mezcladdo, queda totalmente embebido facilitando
o así el contacto Suustrato-Célu
ulas, inicianndo
Imagen 1‐8 Desscarga de ROB en Biodigesstor
rápidam
mente los meecanismos enzimáticos
e
s que se exp
plica más addelante
Im
magen 1‐9 M
Mezcla de ROB
B y biota en la prime
era cámara (F//M)
E
Este
hechoo constituyye
una diferencia
Imagen 1‐‐10 Compost Maduro de laa tercera cámaara
impportante resspecto del proceso
p
battch,
en dondde se agregga un pequueño inóculoo de biota descomponnedora en ccada “start--up” con gran
cantidadd de residuoo, y debe essperarse el desarrollo
d
de
d una población suficiiente de bio
ota para inicciar
la descoomposición..
O
Operado
bajo condiciones contrroladas, si se requiere se puedden alcanzar y sostener
temperaaturas termóófilas que garantizan la higienizzación de la
l porción de residuo orgánico que
q
pudiera constituir riesgos pattogénicos. Superando
S
aproximadaamente los 55ºC duraante el tiem
mpo
suficiennte, la mayooría de los microorgan
m
ismos patóg
genos son destruidos. De todos modos,
m
si bien
b
estas teemperaturass garantizann la higiennización deel residuo, no es recoomendable sobrepasarrlas
demasiaado pues se produce taambién la deestrucción de
d la biomasa mesófilaa necesaria para
p las etappas
posterioores del procceso.
18
la cámaara uno tiene un
u volumen de
d 54 dm3 y traabaja con carg
ga entre el 50 y el 75% de eesta capacidad
d, mientras el
3
recipiiente con ROB
B descarga aprrox 1dm cadaa vez
Págg.: 58
Tabla 1‐3
3 Temperaturaa y tiempo de
e exposición n
necesario paraa la destrucción de alguno
os patógenos yy parásitos c
comunes en l
os RSU ORGA
ANISMO
Salmonella typhosa
OB
BSERVACION
NES
Salmonella sp.
Sin crecimiento
S
o por encima dee 46 °C; muertee dentro de 30 minutos
m
a 556
60°C,
y dentro de 20 minutos a 60°C; destruida en poco tiem
mpo en un
a
ambiente
de com
mpost.
M
Muerte
dentro de
d 1 hora a 55 °C
° y dentro de 15-20 minutos a 60°C.
Shigella sp.
M
Muerte
dentro de
d 1 hora a 55°C
C.
Eschericchia coli
Cistos dee Entamoeba hiistolytica
La mayoría mu
L
ueren dentro de 1 hora a 55 °C y dentro de 15--20 minutos a
6
60°C.
M
Muerte
dentro de
d pocos minutos a 45°C y denntro de pocos seegundos a 55°C
C.
Taenia saaginata
M
Muerte
dentro de
d pocos minutos a 55°C.
Trichínellla spíralis larvva
M
Muere
rápidam
mente a 55 °C e instantáneamennte a 60°C.
Brucella abortus o B.. suís
s
M
Muerte
dentro de
d 3 minutos a 62-63 °C y denntro de 1 hora a 55°C.
Micrococccus pyogenes var.
v aureus
M
Muerte
dentro de
d 10 minutos a 50°C
Streptocooccus pyogeness
M
Muerte
dentro de
d 10 minutos a 54 °C
Mycobaccterium tubercuulosis var. homiinís
Corynebacterium diphthheriae
Muerte dentro de
M
d 15-20 minutos a 66ºC desppués de calentaamiento
m
momentáneo
a 67°C.
M
Muerte
dentro de
d 45 minutos a 55°C.
Nacator americanus
M
Muerte
dentro de
d 50 minutos a 45°C.
Ascarís lumbricoides
l
huuevos
M
Muerte
en menos de 1 hora a temperaturas
t
poor encima de 50
0°C.
(OMS), citado
c
por Tchhobanoglous et.
e Al. (1998).
R
Rebollido
e al. (2008) mencionann que la actiividad microobiana dism
et
minuye rápid
damente
cuando la temperattura del susttrato excedee los 72°C. Sin embarggo, el resultaado general del procesoo
todavía puede ser eficaz
e
a tem
mperaturas taan elevadas
U masa de
Una
d compost almacenaddo en pilas de
d unos poccos metros de alto sueele alcanzar 60
°C en menos
m
de 2 días
d con unna aireación mínima. Lo
os máximoss rangos de profundidaad prácticoss de
la pila varían
v
entree 1,5 a 3,5 m, dependdiendo del material
m
a ser
s composstado (Maso
on, 2006). Las
L
pilas prrofundas, coon alturas suuperiores a 4 m, a vecces dan lugaar a una com
mbustión esspontánea (19).
El contrrol de la tem
mperatura es
e una partee esencial de
d la operacción de com
mpostaje. En
n climas frííos,
cuando la temperattura ambiennte cae por debajo
d
de -5
5 ºC, puede ser necesarrio el precallentamientoo de
aire, en aquellos siistemas quee emplean ventilación
v
forzada.
f
L temperraturas óptim
Las
mas de com
mpost se co
onsiguen coontrolando el tamaño de la pila y/o
regulanddo el flujo de aire y permitienddo eliminar el exceso de calor generado po
or la actividdad
microbiiana El rango óptimo de temperaatura para el
e composttaje es de 440-65 °C. (Haug, 19993;
Rebolliddo et al., 20008).
19
Este feenómeno es muy
m frecuentee en basuraless a cielo abierrto o rellenoss sanitarios m
mal operados, provocando muy
m
serioss problemas dee generación de
d gases tóxiccos como las dioxinas
d
y furranos (GEO 4,, 2007).
C. A.Falcó, 2015
Págg. 59
En su estudio con un compostador doméstico Lukkhana et al. (2015) señalan que obtuvieron
un compost maduro operando a temperaturas de 3 a 4ºC por encima de la temperatura ambiente, que
osciló que 25 y 34ºC durante su estudio.
De Smárs (2002) encontró la mayor la tasa de
degradación cuando la temperatura se regula activamente por debajo de 40 °C, mientras que cuando
la temperatura se reguló a 55°C desde el principio, observó una menor velocidad de degradación
1.2.2.5 PH
La variación de pH del medio durante el proceso se debe a los cambios constantes en la
composición química del sustrato. Un pH entre 6.5 y 9.0 es compatible con una buena actividad
microbiana durante el compostaje. La mayoría de los residuos alimenticios frescos presentan este
intervalo de pH; por lo tanto, esta variable a menudo no es un factor determinante para el control.
Una excepción resultan los residuos conteniendo gran cantidad de nitrógeno (C/N bajo), ya
que si no se tiene el cuidado de mantener el pH por debajo de 7,5, se pierde gran cantidad de
amoníaco (Carey, 1997).
Los materiales de elevada relación C/N, con baja capacidad buffer o tampón, alcanzan
fácilmente un valor de pH <6,5. Esto puede conducir a la inhibición de la actividad degradativa.
Este problema casi siempre puede ser superado manteniendo niveles de O2 por encima del 5%
dentro de la matriz del compost, ya que altos valores de concentración de O2 garantizan una buena
respiración celular, y con ella el consumo de ácidos orgánicos, evitando los problemas de bajo pH
(Haug, 1993).
El pH en el compost está influenciado por tres sistemas ácido–base (Sundberg C, 2005):
6 El sistema carbónico, con el dióxido (CO2) formado durante la descomposición y que puede
escapar a la atmósfera como gas o disolverse en los líquidos, formando ácido carbónico
(H2CO3), bicarbonato (HCO3-) y carbonato (CO3-). Este sistema tiene dos constantes de
disociación (pKa) de 6,35 y 10,33, a 25°C. El sistema tiende a neutralizar el pH del medio.
6 El sistema del amonio (NH4+) / amoniaco (NH3), que se forma cuando se descomponen las
proteínas. Durante la fase inicial del compostaje la mayor parte del nitrógeno metabolizado
es usado para el crecimiento de los microorganismos. Durante la fase de mayor actividad se
Pág.: 60
l
libera
el iónn amonio. El
E sistema amonio
a
tien
ne una consstante de dissociación (p
pKa) de 9,22, a
2
25°C
y de esta
e forma inncrementa el pH a vallores cercannos a 9,2.
6 El
E sistema compuesto por varios ácidos orgáánicos, en el
e que predoominan el ácido
á
acéticoo y
e ácido láctico, está relacionadoo con la deegradación de proteínnas y ácidoss grasos. Este
el
E
sistema pueede reducir el pH a 4,144, que correesponde al pKa
p del áciido láctico a 25°C.
E
Estos
tres sistemas
s
se combinan para determ
minar la curva
c
típicaa del pH deel compostaaje,
donde se
s presenta un
u descensoo de esta vaariable en laa fase iniciaal, un aumeento en la faase de máxiima
actividaad y la tenddencia posteerior a la esstabilización
n.
L residuoos orgánicoss municipalles tienen un
Los
u pH iniciaal bajo, de alrededor de
d 5, debidoo al
alto conntenido de ácidos
á
grasoos de cadenna corta. En
n el composst terminadoo resultantee, el pH pueede
estar enntre 7,5 y 9, debido a laa pérdida de CO2 por laa respiraciónn de los miccroorganism
mos.
L presenccia de ácidoos orgánicoos bajo con
La
ndiciones de
d acidez y su ausenccia cuandoo el
composst se torna alcalino,
a
es un
u indicadoor de que esstos compueestos resultaan un facto
or clave paraa la
evolucióón del pH (Sundberg,
(
C, 2005).
P
Para
Sundbberg et al.(22004), el pH
H se relacion
na con la teemperatura,, sobre todo
o en el cambbio
de la fase mesofílicca a termoffílica. Estos autores mo
ostraron quee la velociddad de desco
omposiciónn de
m poco en
e el rango de pH, varriable entre 5 y 8, a temperaturas de
residuoss municipalles difiere muy
36°C. Sin
S embargoo, si la tempperatura subbe a 46°C, disminuye
d
laa velocidadd de descom
mposición a pH
bajos, y se increm
menta si ell pH es suuperior a 6,5.
6
Esta diferencia
d
se puede ex
xplicar porr la
sensibilidad de las comunidaddes de microoorganismos al efecto combinado
c
de condicio
ones de aciddez
y tempeeratura. Es posible quee que alguunos microo
organismos puedan tolerar factorees ambientaales
extremoos, por ejem
mplo altas teemperaturass o bajos pH
H, pero no ambas
a
conddiciones al mismo
m
tiem
mpo.
Otra hippótesis posiible es la exxistencia de diferentes grupos
g
de microorgani
m
ismos, grupos mesofíliccos
ácido toolerantes y otros
o
termoffílicos, que no toleran condiciones
c
s de acidez ((Sundberg et
e al. ,2005)).
1.3
CRIITERIOS DE ESTABILIDAD
E
D, MADUREZ
Z Y CALIDAD
D DE UN COM
MPOST
L estabilizzación debee producir un
La
u material que no seaa putresciblle, libre de calor interrno,
que no genere oloores y no attraiga plagaas (Castrilllón et.al, 2006).
2
Usarremos frecu
uentemente en
C. A.Falcó, 2015
Págg. 61
forma casi indistinta las expresiones “estabilidad” y “madurez”, a pesar de que se refieren a
aspectos diferentes. Posiblemente esto se deba a que para evaluarlas se pueden utilizar varios
atributos similares. La estabilidad se refiere a la degradabilidad remanente de la materia orgánica;
está relacionada con la disminución de carbono degradable y con la actividad microbiana (a mayor
estabilidad, menor degradabilidad remanente y actividad microbiana). La madurez se refiere a la
finalización efectiva del proceso de compostaje generando un producto sin sustancias fitotóxicas
que puedan afectar el crecimiento vegetal, que ya se encuentra en condiciones de ser usado como
enmienda u otros usos (Cooperband et al., 2003; Mazzarino y Satti, 2012).
Cuando se hace referencia a la calidad de un compost, se está refiriendo al valor agronómico
para los diferentes usos posibles (Mazzarino y Satti, 2012), o a su valor para biotratamientos.
En determinadas circunstancias puede suceder que se detengan las reacciones de
descomposición, debido a condiciones de reducido contenido de humedad, falta de nutrientes, alta
concentración de inhibidores, temperaturas muy bajas, etc. Este hecho
no significará
necesariamente que el compost esté maduro. Así, si se lleva el compost a valores muy bajos de
humedad, inferiores a 25%, inhibiendo el desarrollo microbiano, se detendrá la actividad de
degradación, determinando que el residuo pueda permanecer sin cambios durante mucho tiempo en
esas condiciones (20). Esto no significa que se está en presencia de compost maduro, aunque
mientras permanezca seco, sí será un sólido estable.
Por otro lado es necesario hacer algunas distinciones respecto de los requerimientos exigidos
al compost como producto, en función del objetivo del compostaje que lo produjo, y de los usos que
se le dará al material generado . Es necesario diferenciar la calidad exigida a un producto resultante
de un tratamiento de residuos, de un producto resultante de un proceso que lo tuvo por objetivo
(como por ejemplo el vermicompostaje para huertos). Puede haber diferencias considerables entre
las características de un compost que será usado como enmienda orgánica para suelos, respecto de
un compost previsto para cobertura de rellenos sanitarios, o para su empleo como biofiltro o
biotratamiento, donde frecuentemente es deseable que exista elevada actividad microbiana, etc.
Así, un compost con trazas de metales pesados o de hidrocarburos, en concentraciones inferiores a
20
Esto se verifica en los basurales y rellenos sanitarios viejos, donde al “destapar” zonas viejas que han permanecido
secas, es posible ver alimentos vegetales secos que se han conservado su aspecto luego de años. Hay varios
dispositivos en el mercado ofrecidos como composteras de muy corto tiempo de residencia (incluso pocos días u
horas), que operan desde el inicio a altas temperaturas sin agregado de agua que reemplace la evaporación, ni
inóculos acelerantes, que lo que realizan no es un proceso de compostaje, sino de estabilización por deshidratación.
Pág.: 62
los límiites de inhibbición microbiana, conn una biota activa, resulta más coonveniente como
c
biofilltro
que un compost
c
proocedente dee vermicomppostaje.
P estas raazones exisste mucha variedad
Por
v
y ambigüedad en los crriterios enco
ontrados enn la
bibliogrrafía para deefinir la callidad de un compost. Algunos
A
paráámetros dell compost están reguladdos
para la protecciónn de la saalud públicaa, otros esstán asociaddos a criteerios de seeguridad y de
preservaación del am
mbiente. Coorrespondenn a atributos del produucto que pueeden ser im
mportantes para
p
usos esppecíficos aggronómicos..
A entonces, la seleccción de loos parámetrros a contrrolar y las técnicas normalizadass a
Así
utilizar, deberán seer seleccionnadas en función del uso
u previstoo para el coompost y deel objetivo del
composstaje.
E relaciónn a los lím
En
mites aceptaables para los
l parámetros que deeterminan la
l estabiliddad,
madurezz o calidadd de un com
mpost, en Argentina
A
es
e posible citar
c
la Resolución SE
ENASA Nº 264
2
2 22
/2011 (21
- ). Esta norma
n
tienee por objetoo “estableceer los Procedimientos, Criterios y Alcances para
p
el Regiistro de Prroductos Fertilizantes
F
, Enmiend
das, Acondiicionadoress, Sustratoss, Protectorres,
Producttos Biológiccos y Materias Primas, en la Repúb
blica Argenntina”. De acuerdo con esta normaa, el
composst entraría enn la categorría de enmieenda orgánicca. El registtro es requisito para la aprobaciónn de
la ventaa de estos productos.
p
L mencionaada Resolucción está diirigida a im
La
mportadores, exportadorres,
distribuuidores y prroductores industriales
i
o PYMES
S que generran productos destinad
dos al agro. Si
bien asoombrosamennte esta norrma indica que
q “No se acepta la innscripción dde compost elaboradoss en
base a residuos
r
urb
rbanos”, ressulta una reeferencia im
mportante paara este traabajo. En laa Tabla 1-55 se
presentaan los límitees estableciddos por ellaa para algun
nos parámetrros de nuestro interés.
E
Existen
num
merosas norrmas internnacionales de
d referenciaa que establecen límitess orientativoos
para ayuudarnos a definir
d
los crriterios de estabilidad
e
y calidad deel compost, entre otras:
•
la Norma Australiana
A
a para comppost, acond
dicionadoress del suelo y material estructurannte,
AS4454 dell 2012 (23);;
21
Disponnible en: http://www.senasaa.gov.ar/conteenido.php?to=
=n&in=1501&
&io=16573
22
SENAS
SA es el Serviicio Nacional de Sanidad y Calidad Agro
oalimentaria, del
d Ministerioo de Agriculurra, Ganadería y
pesca de la Nación Argentina (M
MAGyP)
23
Disponnible en: httpp://www.comppostforsoils.coom.au/index.p
php?page=as44454
C. A.Falcó, 2015
Págg. 63
•
Las Normas Canadienses CCME (2005), Canadian Council of Ministers of the Environment
(CCME) Guidelines for Compost Quality;2005 (24);
•
Las Normas de E.E.U.U. , California Compost Quality Council, CCQC, 2001, Compost
Maturity, Index, Technical Report (25);
•
La Norma Chilena de Compost 2880-2005 (NCh 2880-2005), Compost - Clasificación y
Requisitos(26);
•
La Norma Francesa Pr NF U 44-051 ( 2005) Dénominations, spécifications et marquage,
Association Française de Normalisation (AFNOR,2005)(27);
•
La Norma Española, Real Decreto 824 del 2005, Requerimientos mínimos de la calidad de
un compost (28);
•
Las Directivas de la Comunidad Europea, CE Nº 1999/31/CE y CE Nº2008/98/CE , y el
Reglamento (CE) Nº 1774/2002 del Parlamento y Consejo Europeo (29);
Mazzarino y Satti (2012), en el Capítulo 2 de su libro “Compostaje en Argentina:
Experiencias de producción, calidad y uso” , realizan una buena descripción y discusión acerca de
la estabilidad, la madurez y la calidad del compost, la que adaptamos y resumimos en los párrafos
siguientes:
Indicadores de Estabilidad
Los indicadores de estabilidad se relacionan con determinaciones de las concentraciones de
materia orgánica lábil, materia orgánica estable o la intensidad de la actividad microbiana. Dentro
de estos indicadores, los más básicos son:
; La disminución de la temperatura de la masa en compostaje a temperatura ambiente;
; El cambio de olor,que puede ser desagradable al comienzo del proceso si existe liberación
de ácidos grasos volátiles y otros productos de anaerobiosis parcial como el ácido
sulfhídrico, a un olor semejante a hojarasca de bosque o tierra mojada, al finalizar; y
24
Disponible en: http://www.ccme.ca/assets/pdf/compostgdlns_1340_e.pdf
25
Disponible en: http://www.ccqc.org
26
Disponible en: http://www.sinia.cl/1292/articles-32296_Norma.pdf
27
Disponible en: http://www.sede-environnement.com/fr/reglementation/textes-legislatifs/nfu44-051.htm
28
Disponible en:
http://www.boe.es/boe/dias/2005/07/19/pdfs/A25592-25669.pdf
29
Disponible en:
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:31999L0031:es:NOT
Pág.: 64
; El
E cambio de
d color de la masa conn la madureez, hacia el marrón osccuro o negro
o (Costa et al.,
1991; Rynkk et al., 19922 ; Laos et al.,
a 2002).
S embarggo, estos parámetros
Sin
p
mentarlos con
c
son insufiicientes y es necesariio complem
indicadoores más prrecisos. Enn la bibliogrrafía, se su
ugieren paráámetros quíímicos, físicco-químicos y
biológiccos de mayyor o mennor complejjidad que, solos o coombinados, permiten estimar si un
productto es establee (Mazzarino y Satti, 20012).
E
Entre
los inndicadores más
m simpless de estabilidad que se recomiendaan a nivel mundial
m
debido
a su eficciencia y factibilidad de
d análisis , figuran:
; Concentracción de C soluble enn agua (CS
SA), que inndica la caantidad de C fácilmeente
d
degradable,
, lábil, remaanente; se usa
u como vaalor absolutto o por uniidad de N to
otal (Garcíaa et
a 1992b; Hue y Liu, 1995; Bernnal et al, 19
al.,
998a; Laos et al., 20022; Gómez Brandón
B
et al.,
2
2008).
; Concentrac
C
ción de am
monio y relación
r
am
monio/nitraatos, cuya disminución indica la
f
finalización
n de la etappa termofíliica de inten
nsa actividaad biológicaa (Zucconi y de Bertolldi,
1987; Bernal et al., 19998a; CCQC
C, 2001; Zm
mora Nahum
m et al., 20005; Gómez Brandón
B
et al.,
2
2008).
Daddo el caráácter inespeecífico de los microoorganismoss que interrvienen en la
t
transformac
ción de N orgánico
o
a amonio,
a
en la etapa terrmofílica see produce accumulaciónn de
a
amonio,
miientras que la nitrificacción es un proceso
p
meediado por bbacterias esspecíficas, que
q
r
requiere
conndiciones definidas
d
de humedad, pH
p y tempeeraturas messofílicas.
; Relaciones
R
adicionaless que incluyen a las anteriores;
a
a
así,
considderando la relación enntre
d
disminución
n de activiidad microbbiana y aum
mento de nitrificación
n
n durante el
e compostaaje,
Chefetz et al. (1996) recomiendaan estimar el aumentoo de la conncentración de nitratoss y
b
bicarbonato
os a lo largoo del tiempo. Cooperb
band et al. (2003) propponen evalu
uar la relación
e
entre
nitratoos y producción de CO
O2 durante 7 días.
E
Entre
los inndicadores de
d estabiliddad más com
mplejos o costosos
c
en términos de
d materialees o
de tiemppo, figuran::
; Producciónn de CO2 o consumo de O2: la dissminución de
d CO2 o el aumento dee O2 a lo larrgo
d procesoo indican disminución de actividaad microbiaana (entre ottros, Forsteer et al., 19993;
del
I
Iannotti
et al.,
a 1994; Hue
H y Liu, 19995; Coopeerband y Miiddleton, 19996)
; Mineralizaación de N y/o
y C en ennsayos de co
ompost y suuelos: la dissminución de
d las tasas de
m
mineralizac
ción a lo largo del tiem
mpo, y la in
nmovilizacióón de N se cconsideran indicadores
i
s de
C. A.Falcó, 2015
Págg. 65
materia orgánica estable (Hadas y Portnoy, 1994; García et al., 1994; Bernal et al., 1998b;
Laos et al., 2000). Se remarca comúnmente que una de las principales ventajas de los
compost es la liberación lenta de N lo que minimiza el riesgo de contaminación de acuíferos
con este nutriente (USEPA, 1993; Pierzynski, 1994; Cooperband, 2000).
; Cuantificación de la biomasa microbiana por conteo de microorganismos, retención de C
y/o N en biomasa microbiana, concentración de ATP, y actividad enzimática: durante el
compostaje se producen cambios fisiológicos en los microorganismos y disminución de la
biomasa microbiana, concentración de ATP celular y actividad de enzimas hidrolasas
(García et al., 1992a; Laos et al., 2000; Levanon y Pluda, 2002). Sin embargo, la
concentración de enzimas extracelulares por unidad de C orgánico puede aumentar debido a
la formación de complejos enzima-humus (García et al., 1994). Se considera que no es
posible establecer valores límites de actividad enzimática debido a los diferentes sustratos
involucrados durante el proceso (Gómez Brandón et al., 2008).
; Grado de humificación: los ácidos húmicos aumentan a lo largo del tiempo y, por lo tanto,
aumenta el índice de humificación, medido como % C presente en ácidos húmicos/% C
orgánico, y la relación ácidos húmicos/ácidos fúlvicos ( Iglesias y Pérez,1992; Adani et al.,
1995, entre otros). También aumenta la capacidad de intercambio iónico debido al aumento
de los grupos funcionales activos de la materia orgánica. Sin embargo, varios trabajos
reportan que el uso del grado de humificación y la capacidad de intercambio iónico como
indicadores de estabilidad produce resultados inconsistentes (Mathur et al., 1993; Bernal et
al. 1998a; Gómez Brandon et al., 2008). Sobre la base de investigaciones que reportan
aumento de grupos carboxilos, alquilos y aromáticos durante el compostaje, actualmente se
recomienda la caracterización espectroscópica de sustancias húmicas utilizando NMR,
infrarrojo y pirólisis (Chen, 2003).
; Separación de la materia orgánica en fracciones de menor a mayor recalcitrancia
(degradabilidad): así , se evalúa el fraccionamiento bioquímico basado en las
investigaciones de Van Soest y Wine (1967), recientemente incluido en la Norma Francesa
(AFNOR, 2005). Esta metodología consiste en determinar la fracción soluble presente,
integrada por hemicelulosa, celulosa, lignina y cutina, y calcular un Índice de Estabilidad
Biológica (ISB).
Uno de los indicadores utilizados más tradicionalmente ha sido la relación C/N, medida
como C y N orgánico total, recomendándose valores menores a 20-25 para evitar inmovilización de
N del suelo (ver Tabla 1-5). Sin embargo, en algunos casos, este indicador es afectado por el
Pág.: 66
materiall original, tal
t como suucede cuanddo existe ellevada conccentración dde estiérco
ol y biosóliddos
con altoos niveles dee nitrógenoo en la cargaa, y valores de C/N inferiores a 20 en el mateerial crudo;; en
consecuuencia, num
merosos auttores no reecomiendan
n su uso en estos casoss (Zucconi y de Bertoldi,
1987; Costa
C
et al. 1991; Laoss et al., 20022). A pesar de estas coonsideracionnes, varias normas
n
exiggen
valores límites de C/N
C como característic
c
ca básica dee estabilidadd y madureez, tal como
o ocurre conn la
Norma SENASA Nº 264/22011. Esta normativaa establecee que el límite paraa la relación
Carbonoo/Nitrógenoo, (30) debee ser inferiior a 20 paara enmienndas orgániccas. Las Normas
N
CCQ
QC
(2001) y NCh 28800/2005 requuieren un vaalor de C/N < 25 para compost
c
clase A, y C/N
N < 30, paraa un
composst clase B. La
L Norma Española
E
reqquiere valorres de C/N < 15 para ccompost de origen vegeetal
(hojas, césped, podda) e inferiiores a 20, para otros compost dee origen divverso (estiéércol, residuuos
agroinddustriales, foorestales, etcc.) (ver Tabbla 1-5).
D
Dos
métoddos de enssayos rápiddos muy utilizados
u
e USA y Europa so
en
on el test de
autocaleentamiento (test Dewarr) y el test de
d Solvita. El
E Test Dew
war se originó en Alem
mania (ver íttem
4-2 , Im
magen 4-1)y es uno dee los test más
m usados en
e Europa. El Test de Solvita imp
plica el uso de
dos gelees que adquuieren color en contaccto con CO2 y NH3 libberados a paartir de com
mpost húmeedo
despuéss de 4 horas de equilibrrio; este testt es muy ráp
pido; es utiilizado y reccomendado en numerosos
estados de USA y varios
v
paísees europeos (Brinton, 2000;
2
CCQC
C, 2001; Caabañas et all., 2005).
Indicaddores de Maadurez
L indicaddores de maadurez se basan
Los
b
en esstudios de fitotoxicidad
f
d directa en
n ensayos con
c
plantas, e indirectaa, a través de
d la determ
minación dee la concenttración de pproductos potencialme
p
ente
c
amonnio, fenolees y ácidoss grasos volátiles.
v
El amonio y la relación
fitotóxiccos tales como
amonio//nitratos, descriptos más
m arriba como
c
indiccadores de estabilidadd, son tamb
bién utilizaddos
como inndicadores de
d madurezz y, de hecho, los valorres límites recomendad
r
dos para estaas variabless se
han estaablecido en base a su toxicidad sobre
s
planttas (Zucconi y de Bertooldi, 1987; Forster et al.,
1993; CCQC,
C
20001). Si bienn en algunoos trabajos se sugiere la cuantifi
ficación de ácidos grasos
30
dice : “según
“
el origeen del productto” sin especificar los orígeenes posibles, ni los criterioos
C. A.Falcó, 2015
Págg. 67
volátiles y fenoles (DeVleeschauwer et al., 1982; Himanen et al., 2006), los indicadores de madurez
más recomendados son la evaluación de la concentración de amonio, la relación amonio/nitratos y
los ensayos de germinación exitosa. Estos últimos se basan en el cálculo de un índice de
germinación en función de la cantidad de semillas germinadas y el largo de la radícula y los tallos
emergentes de las plántulas generadas.
Un aspecto importante en la determinación de madurez es evaluar las posibles causas de la
fitotoxicidad, ya que muchas veces está asociada a la presencia de sales solubles, lo que no puede
mejorarse aumentando el tiempo de maduración (Iannotti et al., 1994; CCQC, 2001). Por lo tanto,
es importante descartar, en este caso, que la causa principal de la fitotoxicidad sea una alta
concentración de sales a través de una simple determinación de conductividad eléctrica.
Como destaca Rynk (2003) en una revisión sobre el tema, no parece que exista un único
parámetro de madurez que sirva para todo tipo de material original e incluso para todo tipo de uso
del producto final generado. En general, las recomendaciones actuales se basan en el análisis de
varios parámetros, tal como señalan las Normas CCQC (2001), y NCh 2880/2005. Ambas
normativas recomiendan determinar la relación C/N verificando que sea inferior o igual a 25 para
un compost Clase A, o menor a 30, para compost Clase B (Ver Tabla 1-5). Si el compost analizado
cumple esta condición, entonces, recomiendan seleccionar un parámetro adicional de estabilidad
entre varios posibles (Grupo A) y otro de madurez entre varios factibles (Grupo B), o sea, un
conjunto de 3 parámetros. El Grupo A comprende:
; Producción de CO2,
; Consumo de O2,
; Test Solvita para CO2,
; C biológicamente activo, y
; Test Dewar de autocalentamiento.
El Grupo B comprende:
; Concentración de amonio,
; Relación amonio/nitrato,
; Concentración de ácidos grasos volátiles,
; Test Solvita para NH3,
; Test de germinación exitosa (ICR), y
; Fitotoxicidad sobre plantas.
Pág.: 68
E base a los
En
l tres paráámetros eleegidos se ellabora un ínndice que clasifica a lo
os compost en
muy maduros,
m
maaduros e inm
maduros (C
CCQC, 2001
1). Los límiites que esttas normas proponen
p
p
para
cada uno
u de estoss indicadorees se incluyeen en la Tab
bla 1-5.
E Alemannia se aplicca un criterio diferentee, donde paara la evaluuación de la
En
l madurez se
empleaa una com
mbinación del grado de descom
mposición según el T
Test Dewaar, el test de
germinnación exitoosa con Leppidium sativvum, el test de crecimieento de plánntulas de ceebada expueesta
a conncentracionees del 25 y 50% del
d compo
ost y una prueba dee inmovilización de N
(Bunde
desgütegemeeinschaft Koompost e.V.,, 1998).
Reducciión de patóggenos
E conceptoo de reduccción de patóógenos fue desarrolladdo, en un prrincipio, en USA y lueego
El
adoptaddo en Europpa. Se basa en el “pprincipio dee mejor teccnología dissponible” (best
(
availaable
technoloogy o BA
AT) e incluuye exigenccias de pro
oceso (tiem
mpo de deeterminadas temperatuuras
termofíllicas) y lím
mites de patógenos,
p
generalmen
nte coliforrmes fecalees, Escheriichia coli y/o
y
Salmoneella sp.. Enn Europa lass normas haabitualmentee establecenn un límite de E. coli < 1000 NMP
P/g
de mateeria seca y ausencia de Salmonnella sp. en
e 25 g dee compost analizado. Normas más
m
restrictivas, como la normatiiva francessa para lod
dos o la prropuesta coomo modifiicación de las
directivvas vigentes en la Unióón Europea,, incluyen límites
l
paraa Clostridium
m perfringeens y ausenncia
de huevvos viables de
d helmintoos y Listeriaa monocytog
genes (AFN
NOR, 2002; Gómez y Estrada,
E
20005).
La reguulación de USEPA
U
(19993) sobre reeducción dee patógenoss fue desarroollada origiinalmente para
p
lodos clloacales, peero actualmeente se utiliiza de hecho
o para todo tipo de com
mpost (Brinton, 2000). La
Norma Australianaa exige quee las bolsass de compost comerciaalizadas inddiquen que el productoo es
una fuuente posible de polvoo y microoorganismos vivos poteencialmentee peligrososs (AS4454 del
2012).
E Argentinna, la Resollución Nº 2664 del SEN
En
NASA (20111) establece, en el caso de enmienddas
orgánicaas, que el contenido
c
d coliformees fecales sea
de
s menor a 1000 NM
MP/g de peso seco, quee la
concenttración de Salmonella
S
s resulte menor
sp.
m
a 1 NMP/4g
N
de peso seco y que la con
ncentraciónn de
helminttos sea inferior a 1 huuevo viable//4g peso seeco, según la
l naturalezza de las materias
m
prim
mas
utilizadaas (SENASA
A, 2011).
C. A.Falcó, 2015
Págg. 69
Elementos Traza potencialmente tóxicos
En la Tabla 1-4 se presenta una lista de metales traza potencialmente tóxicos, donde se
consignan los límites admisibles según diferentes normativas. Si bien estos elementos son tóxicos a
bajas concentraciones, se debe coniderar que varios de ellos son micronutrientes esenciales para las
plantas (Cu, Zn, Mo, Mn, Ni) y los animales (Mn, Cu, Zn, Co), y su deficiencia limita la producción
agropecuaria en muchos lugares del mundo (Alloway, 1995).
Tabla 1‐4 Valores de referencia para parámetros del compost terminado: Limites para Metales Metal
Cd (mg/kg MS)
Cu (mg/kg MS)
Ni (mg/kg MS)
Pb (mg/kg MS)
Zn (mg/kg MS)
Hg (mg/kg MS)
Cr total (mg/kg MS)
CrVI (mg/kg MS)
Valores
de referencia
<3
< 1.5
<0.7 Clase A; <3 Clase B
<3
< 450
< 100
<70 Clase A; <400 Clase B
< 300
< 120
< 50
< 60
< 150
< 120
< 45 Clase A; <200 Clase B
< 180
< 1100
< 400
< 600
<5
<1
< 0.4 Clase A; <2,5 Clase B
<2
< 270
< 100
< 70 Clase A; <300 Clase B
< 120
< límite detección
Referencia
SENASA (2011)
IPTS ( 2011)
RD 824/2005
AFNOR (2005)
SENASA (2011)
IPTS ( 2011)
RD 824/2005
AFNOR (2005)
SENASA (2011)
IPTS ( 2011)
AFNOR (2005)
RD 824/2005
SENASA (2011)
IPTS ( 2011)
RD 824/2005
AFNOR (2005)
SENASA (2011)
IPTS ( 2011)
RD 824/2005
AFNOR (2005)
SENASA (2011)
IPTS ( 2011)
RD 824/2005
AFNOR (2005)
SENASA (2011)
IPTS ( 2011)
RD 824/2005
AFNOR (2005)
IPTS ( 2011); RD 824/2005
Para nuestro caso de compost doméstico, en virtud de que el residuo alimenticio nunca toma
contacto con otros elementos o residuos del hogar al ingresar al compostador, y constituye la única
fuente posible de estos elementos , la presencia de estos elementos no resultará relevante.
Es posible observar que las Normas Españolas, entre otras europeas, regulan diferentes
clases de compost según la concentración de elementos traza, con el objetivo de aplicar los valores
más estrictos a productos de uso en horticultura.
Pág.: 70
Indicaddores de callidad
L calidad agronómica de los coompost se evalúa atenndiendo el uso final del
La
d productoo a
través de
d parámetrros relacionnados con su valor co
omo enmieenda (mejorrador del suelo)
s
y com
mo
fertilizaante (aumennto del renddimiento veegetal). A tal
t fin se utilizan
u
paráámetros relaacionados con
c
ambos aspectos,
a
los que puedden agruparsse en:
; Característi
C
icas químiccas y físicaas, siendo laas más com
munes: pH, conductiviidad eléctriica,
c
concentraci
ión de matteria orgániica, relació
ón C/N, conncentraciónn de nutrientes totaless y
d
disponibles
(N, P, Ca,
C Mg, K,, S y micrronutrientess), humedaad, densidad
d, tamaño de
p
partículas,
p
porosidad
y capacidad de retención de agua del
d compostt;
; Parámetros
P
biológicos relacionaddos con la capacidad
c
d degradabbilidad y dee liberación de
de
n
nutrientes
a lo largo del
d tiempo, tales como
o mineralizzación de C y N, liberación de P y
c
cationes,
cuuantificaciónn de la biom
masa microb
biana y activvidad enzim
mática; y
; Respuesta
R
d la vegettación expuuesta al com
de
mpost, a traavés de ensayos de ren
ndimiento con
c
p
plantas
indiicadoras y cuantificació
c
ón de la can
ntidad de nuutrientes en la vegetació
ón.
O caractterística impportante quue todavía no
Otra
n se incluuye en los análisis de calidad ess la
capaciddad de los compost para
p
controllar fitopató
ógenos (Hooitink et al.., 1991, 19
996; Recyccled
Organiccs Unit, 20006).
Com
mo puede obbservarse en la Tabla 1-5, los vaalores límitees recomend
dados para los
distintos
parámettros son muy
m
variablles. Esta variación
v
puuede atribuuirse, por un
u lado, a la
problem
mática de laa escasa estaandarizacióón de las metodologíass, pero tambbién está reelacionada con
c
las caraacterísticas propias
p
del material original. Se han realizaado numeroosas recomeendaciones en
que no serían extraapolables a cualquier reesiduos orgánicos. Mazzzarino y Saatti,(2012) han
h observaado
que muuchos de loss valores recomendadoos para estab
bilidad y madurez
m
pueeden ser alccanzados anntes
de finaalizar el peeríodo term
mofílico (T
Tognetti et al., 2007)), observánndose flucttuaciones que
q
desaparrecen en el tiempo
t
(Lecconte et al., 2009).
C. A.Falcó, 2015
Págg. 71
Tabla 1‐5 Valores de referencia para parámetros del compost terminado. Parámetro
Humedad (%)
Valores
de referencia
entre 30 a
45
Referencia
CCME (2005), NCh 2880/2005, CCQC (2001)
< 40
50 a 70
RD 824/2005
Densidad (kg/m3)
< 700
NCh 2880/2005
pH (upH)
5,0 a 8.5
6a7
NCh 2880/2005, CCME (2005), CCQC (2001)
COT (g/100g MS)
> 20
NCh 2880/2005, RD 824/2005, IPTS ( 2011), AFNOR (2005)
Carbono soluble en agua (CSA) g/kg
< 17
< 10
Bernal et al. (1998a)
8(mg C-CO2/g. MO x día)
< 120 mg/kg/h
< 200 mg/kg/h
NCh 2880/2005
Consumo de Oxigeno (mg O2/g. MO x día)
< 3,5
NCh 2880/2005
N total (g/100g MS)
> 0.5
NCh 2880/2005
Amonio (mg/kg)
< 400
< 500
Zucconi y de Bertoldi (1987); Bernal et al. (1998a)
<6
< 3 Clase A; < 8 Clase B
desde 4 con restricciones
RD 824/2005
< 25
.
< 25 Clase A,
< 30 Clase B
< 20
< 15 p/Compost
CCME (2005), CCQC (2001)
Producción CO2
Conductividad (dS/m)
C/N
Índice Respirométrico (mg O2/Kg MO. h)
Test Autocaletamiento Dewar (ºC)
Test de Solvita NH3
(escala de colores de 1 a 5)
Test de Solvita CO2
(escala de colores de 1 a 8)
Tamaño de Partícula mm
ICR
ICR
Lactuca sativa
Raphanus sativum
Andersen et. al. (2010)
AS4454 (2012)
Hue y Liu (1995)
Hue y Liu (1995)
Rynk et al. (1992)
CCQC (2001), NCh 2880/2005
NCh 2880/2005
SENASA (2011)
NCh 2880/2005; CCQC (2001)
SENASA (2011), RD 824/2005 ; AS4454 (2012)
vegetal
RD 824/2005
< 400 mg Clase A
< 500 Muy maduro
CCME (2005) , NCh 2880/2005,c, CCQC (2001)
< 20º
< 8º
CCQC (2001), NCh 2880/2005
>4
NCh 2880/2005
>7
NCh 2880/2005
< 16
90% < 25 mm
NCh 2880/2005
< 0.8 Inhibición
> 1.2 exaltación
< 0.8 Inhibición
> 1.2 exaltación
> 0,8
CCQC (2001)
CCME (2005)
RD 824/2005
CCQC (2001)
CCQC (2001)
NCh 2880/2005
En consecuencia, resulta importante considerar no sólo el valor límite sino la constancia del
valor a través de varias mediciones durante la fase de madurez. Para mostrar la influencia del material original en los indicadores de un compost, se presenta
la Tabla 1-6, donde se señalan las características químicas de compost de diferentes orígenes. Así
Pág.: 72
por ejem
mplo, los compost
c
doonde no see utilizan ag
gentes estruucturantes ricos en C recalcitrannte,
presentaan valores muy bajos de materiaa orgánica, de N y P y valores muy altos de pH y Ca,
C
mientraas que los coompost de otro
o origen muestran
m
vaalores más bajos
b
de pH
H y más altos de C, lignnina
(como indicador
i
dee C recalcitrrante) y nuttrientes (Maazzarino y Saatti, 2012).
Tabla 1‐6 Caractterísticas físiico‐químicass de diferenttes compostt (adaptado d
de Laos et al., 2002; Tognettti et al., 2007
7; Kowaljow y Mazzarino, 2007; Leconte et al., 20
009), Evisceradoo
pescado +
a
aserrín
y viruuta
pH
H
Coond.eléc.(dS//m)
C orgánico (%
%)
Lignina (% MO
O)
N total (%)
P total
t
(g/kg)
P extract.
e
(g/kgg)
Caa (%)
K (%)
Mg (%)
Naa (%)
6,4-6,8
2,4-4,5
42-48
n.d.
2,4-2,7
16-17
2,5-3,4
20-22
5-9
0,2
0,3
Biosólidos +
viruta y chips
p
de poda
6,5-6,7
1,2
2-2,4
23-27
22
2-25
1,4
4-1,9
13-14
1,3-1,8
14
4-15
3-5
0,6
0
0,,08
Estiércol dee
gallina +
aserrín o
cascarilla arrooz
Fracció
ón org.
de ressiduos
sólidos urbanos
(RO
OB)
5,8 – 7,2
2,5 – 3,0
20-26
19-22
2,2-2.9
9-13
6,0-7,7
20-24
5-8
0,4-0,6
0,1
7,7 -9,0
1,7--3,2
11--14
11--13
0,8--1,2
4--5
0,2--0,3
40--52
3--5
0,5--0,6
0,3
Todos los valores se refieren a Sóólidos Secos, exxcepto la lignin
na que se expressa como % de M
Materia Orgánicca
E
Estas
caractterísticas diferenciales de los comp
post se refleejan en su eefecto en el suelo y, porr lo
tanto, enn sus posibbilidades de uso. Así, el
e pH y el contenido
c
dee sales,geneeralmente estimado
e
como
conducttividad eléctrica, son parámetros básicos
b
que determinann la posibiliidad de uso como sustrrato
en la prroducción hortícola
h
y ornamental.
o
d del C agreegado es otrro aspecto im
mportante que
q
La calidad
regula su
s estabilidaad en el sueelo o su pérddida a la atm
mósfera com
mo CO2. El uso de indiicadores como
la conceentración de
d lignina o el índice bioquímico
b
de la Norm
ma Francessa permitiríían predecirr el
efecto a largo plazzo de la presencia del compost
c
sob
bre la mateeria orgánicca del suelo
o (Gabriellee et
al., 2004; Houot ett al., 2005; Kowaljow
K
y Mazzarino
o, 2007). Ell contenido y capacidad
d de liberación
de N y P disponiibles para las
l plantas estimados en el com
mpost produucido, tieneen importanntes
implicanncias a niveel ambientall.
S ha enconntrado que, a fin de evvitar pérdidaas y contam
Se
minación dee acuíferos por
p lixiviación
de nitraatos en el suelo,
s
durannte muchoss años se recomendó
r
aplicar al suelo resid
duos orgániccos
crudos de acuerdo al conteniddo de N soluble, la caapacidad de mineralizaación del N orgánico y la
necesidaad de N dee los cultivoos. Sin embbargo, debid
do a la mayyor proporciión de P en
n el estiércool y
biosóliddos (N/P ≈ 3-4)
3 respectto a las neccesidades dee los cultivoos (N/P ≈ 66-10), esta recomendación
C. A.Falcó, 2015
Págg. 73
condujo a la acumulación de P en el suelo. Como consecuencia, se incrementaron las pérdidas de P
por escorrentía y lixiviación y la contaminación de aguas mencionadas anteriormente, de manera
que actualmente se considera que el uso de residuos orgánicos sin compostar en agricultura es la
principal fuente de contaminación difusa de P a nivel mundial (Sims y Sharpley, 2005). Si bien, a
diferencia del N, los suelos tienden a retener P, y durante muchos años se consideró que las
pérdidas de este nutriente eran en forma particulada, actualmente se ha demostrado que el riesgo de
lixiviación aumenta marcadamente cuando los valores de P son > 60 mg/kg (Hesketh y Brookes,
2000; Sharpley et al., 2003).
Las diferencias en los atributos físicos, químicos y biológicos de los compost determinan
que no puedan establecerse rangos de calidad aplicables universalmente y las regulaciones que
existen, se establecen generalmente en función de los posibles usos. Así, por ejemplo, en Alemania
se utiliza una clasificación del producto final en compost fresco, compost terminado y compost para
sustrato. Los tres deben cumplir con las normas para concentraciones de patógenos, metales y
semillas de malezas, pero el concepto de madurez y los test mencionados en el ítem anterior se
aplican a los dos últimos productos, los que a su vez se diferencian entre sí por límites más estrictos
en el contenido de nutrientes y sales solubles en el compost para sustrato (Bundesgütegemeinschaft
Kompost e.V., 1998). Otro ejemplo son las recomendaciones de Rynk et al. (1992) y Cooperband
(2000) en USA; los primeros separan productos de acuerdo a su valor (grado) como sustrato para
contenedores (uso puro), enmienda para contenedores (uso en la formulación de mezclas),
fertilización de césped (aplicación superficial) y enmienda de suelos (mejorador de suelos agrícolas,
restauración de suelos disturbados, paisajismo). Cooperband (2000) recomienda analizar la calidad
en función del tipo de uso de la tierra (agricultura, silvicultura, horticultura, restauración,
biorremediación) y de objetivos específicos dentro de cada uso, como por ejemplo, mejoramiento
de la estructura del suelo, neutralización del pH o control de enfermedades.
Todos los criterios y conceptos de estabilidad, madurez y calidad mencionados se focalizan
en el uso de los compost a nivel agrícola. Sin embargo como ya se mencionó , cuando el uso final
no sea agronómico, estos requerimientos podrán no ser necesarios o adecuados, y deberán
seleccionarse otros que permitan medir su efectividad para esos usos. Un ejemplo claro se muestra
en el caso del compost usado en biotratamientos o en biorremediación de suelos contaminados,
donde compost inmaduros de alta actividad microbiana son más eficientes que compost maduros
(Labud et al., 2006; Mazzarino et al., 2007). Otros ejemplos posibles se asocian al uso de compost
con niveles de elementos traza por encima de los límites establecidos en el cierre de vertederos, o el
empleo de compost contaminado con semillas en restauración o fijación de taludes.
Pág.: 74
A mismoo serán differentes loss criterios e indicadoores selecccionados cu
Así
uando lo que
q
pretendeemos es evvaluar la efficiencia dee una operaación que tuvo
t
por obbjetivo reallizar adecuaado
tratamieento y revalorización de
d la corrieente más co
onflictiva dee los RSU, como en el
e caso de los
residuoss alimenticcios. Son los
l
residuoos orgánico
os los que le imparteen esa carracterística de
“urgenccia” o de “deesastre” quee significann situacioness de acumullación de RSU en la víaa pública.
E objetivo del compoostaje domééstico como
El
o el que see desarrollaa en esta teesis es realiizar
correctaamente la opperación dee tratamientoo de los RO
OB en el punnto de geneeración, deb
biendo cumpplir
con sus funciones y las condicciones de coontorno imp
puestas paraa el diseño, que se men
ncionarán enn el
capítuloo siguiente. De todas essas condicioones que deeberá cumpllir el dispositivo para reesultar exitooso
y eficiennte, las quee están relaccionadas coon la estabillidad, maduurez y calidaad del comp
post resultaante
son: la “Ausencia de malos olores duraante todas las etapas de la operaación”, “No
o favorecerr la
proliferaación de patógenos ni vectores (moscas, ro
oedores, etcc.” y que “la calidad
d del comppost
obtenidoo deberá cuumplir conn las normaas de refereencia para los
l usos all que se lo destine”. Así
A
entoncees, cumplienndo con loss criterios mínimos
m
req
queridos paara ese com
mpost , se podrán
p
dar por
p
satisfechhas estas doos condiciones. Si se garantiza
g
un
n régimen aeeróbico neto durante to
odo el tiem
mpo
necesariio para quee una determ
minada bioota, adaptad
da y prolíficca, degrade toda la maateria orgánnica
putresciible presentte en el residduo hasta obtener un compost, enttonces no hhabrá presen
ncia de olorres,
y se cuumplirá el objetivo
o
proopuesto. Loos atributos de enmiendda, fertilización en el jardín familiiar,
o su em
mpleo para biotratamieentos asociados al co
ompost obteenido, seránn bienvenid
dos beneficcios
adicionaales ofreciddos por estte subproduucto. En el caso hipottético de quue una fam
milia decidiiera
volver a embolsar el compost obtenido, para
p
colocarrlo en el cirrcuito de reccolección urbana,
u
seguuirá
siendo exitoso el análisis dell funcionam
miento del dispositivo
d
desarrolladdo en esta teesis, ya quee su
d vectores en la vía pú
ública, y habbrá
disposicción no gennerará problemas de ollores ni proliferación de
una reduucción del volumen
v
deel material dispuesto
d
en
n aproximaddamente unn 40%.
S bien la lista de posibles
Si
p
parrámetros seeleccionablees
para eestablecer in
ndicadores de
estabiliddad, madurez y calidaad de un coompost es extensa , la elección dee un pequeño número de
ellos puuede ser suficiente. Enn el caso dee los índicees de estabiilidad y maadurez, 3 o 4 parámettros
serían
adecuadoss
para
m
materiales
d
de
diferen
nte
origenn,
pero
mentalmentee valores lím
mites adecuaados para lo
os diferentees casos.
experim
ees
necesario
estableecer
d calidad, los
En el caso de
parámettros más addecuados deependen dell uso final, y pueden ser
s definidoos de acuerd
do a objetivvos
específiicos (sustratto acidificannte, reemplazo parcial de turba, fuente
fu
de P, mejorador de estructuura,
etc.). El
E establecim
miento de normas dee calidad en
e función de usos eespecíficos contribuiríaa a
garantizzar la homoogeneidad y la estandarrización dell producto, un
u aspecto generalmen
nte descuidaado
C. A.Falcó, 2015
Págg. 75
en la producción de compost, que termina limitando su aceptación en el mercado (Cooperband,
2000). El principal desafío para identificar indicadores es lograr seleccionar aquellos que sean lo
suficientemente representativos, y a la vez fáciles de interpretar y de medir en un análisis de rutina,
a fin de facilitar el aprovechamiento de los residuos orgánicos disponibles en el país y desalentar su
uso sin controles (Mazzarino y Satti, 2012).
1.4 USOS
DEL COMPOST
El aprovechamiento histórico del compost se ha centrado en la agricultura, porque mejora la
estructura del suelo, reduce la erosión, proporciona nutrientes para las plantas y ayuda a controlar
las enfermedades de las plantas. Así, ha sido empleado especialmente como enmienda orgánica,
con otros efectos positivos en los cultivos asociadas a sus propiedades fertilizantes, capacidad de
intercambio de cationes, regulación del pH, aumento de la actividad biológica del suelo e influencia
positiva sobre la calidad de los productos vegetales (Hams y Becker, 1999 citado por Barradas;
2009).
Como hemos señalado, la calidad de la materia orgánica aportada dependerá de los
materiales de origen y del grado de estabilización. Materiales con un alto contenido de materia
orgánica lábil inducen mayor actividad biológica y liberación de nutrientes en el suelo, mientras que
materia orgánica altamente estable o de lenta descomposición contribuye a mejorar la capacidad de
almacenamiento de agua y nutrientes y a controlar erosión (Mazzarino, et. al, 2004).
Así, en Alemania, el uso del compost producido a partir de residuos orgánicos se distribuye
en un 33% para la agricultura, 19% en horticultura y paisajismo, 13% en cultivos de frutales y de
uvas, 11% en jardines privados y hobbies, 8% en recultivación, y el resto, en o parques públicos,
horticultura comercial, etc. (Hams y Becker, 1999). En el mercado se pueden verificar grandes
diferencias en la calidad, poniendo de manifiesto la importancia de la recolección separada de los
residuos orgánicos para la producción de un compost más comercializable (Barradas; 2009).
La heterogeneidad es una característica de los compost y son comercializados ofreciendo
diferentes calidades según sus rangos de valores de tamaños de partículas. Los tamaños más finos
son recomendados cuando se pretende aporte de nutrientes y estimulación de la actividad biológica
o rápida incorporación al suelo, por ejemplo, en campos de golf, césped, etc. Los tamaños de
partículas mayores se asocian al objetivo de mejorar la estructura del suelo y controlar la erosión.
Pág.: 76
E este últiimo caso, se
En
s recomiennda el uso de producttos no tamiizados que contribuyenn a
evitar voladuras dee material fiino y proteggen al suelo de evaporaación excesiiva (efecto de coberturra o
os (Mazzariino et. al, 2004).
“mulch””) y contribuyen a mejoorar suelos compactado
L composst elaboradoos a partir de
Los
d biosólido
os a menudoo contienenn altas conceentraciones de
N-nitratto de manerra que no reequieren ferrtilizantes nitrogenados
n
s adicionalees (Chen ett al.,1996). Por
P
otra parrte, el uso de
d compost inmaduro con
c una altaa relación C/N
C
puede ggenerar la inmovilización
de nitróógeno en el suelo
s
y la innhibición dee crecimientto de algunoos cultivos ( Keener ett al.,2005).
Es importaante atendeer la frecuuencia de aplicación
a
nmienda. Los
L
de composst como en
beneficiios de su applicación see hacen eviddentes muy rápidamennte, sin embargo, su uso intensivo no
genera un
u aprovechhamiento prroporcional. (Keener ett al.,2005).
En las últim
mas décadass surgieron otros usos innovadore
i
s para el coompost, com
mo su uso enn la
remocióón y tratamiiento de conntaminantess, tales como
o la biodegrradación dee algunos hiidrocarburoos y
plaguiciidas, absorción de baajas concenntraciones de
d metales,, control dee enfermed
dades foliarres,
plagas del
d jardín y cultivos. Existen
E
investigaciones a nivel dee laboratoriio, escala piloto
p
y a gran
escala que
q han dem
mostrado quue el procesoo de compo
ostaje y el uso
u de comppost maduro
o resultan una
u
soluciónn de bajo coosto y tecnoológicamentte efectiva para
p remediiar suelos coontaminado
os por residuuos
orgánicoos peligrossos como los
l hidrocarrburos, solventes, expplosivos, peesticidas, BTEX
B
e HA
AP
(hidrocaarburos arom
máticos pollicíclicos) (E
Eweis et al.., 1998; Sem
mple et al., 2001), y metales
m
pesaddos
(Zubillaaga M, 20112). Investiigaciones demuestran
d
que el coompost madduro adicio
onado a loddos
activadoos proveen condicionees adecuadaas para la oxidación del metanoo y, en com
mbinación con
c
vegetación con altta capacidaad de transppiración, co
ontribuye a la reducción de lixiv
viados. Así,, el
composst también puede
p
aplicaarse como medio
m
para oxidar el metano
m
geneerado en alg
gunos sitios de
disposicción de resiiduos municcipales, com
mo basuralees a cielo abierto
a
y rellenos sanittarios (Saurri y
Castilloo, 2002). El uso del com
mpost comoo material de
d cubierta en los relleenos sanitariios resulta una
u
alternatiiva adecuadda en términnos ecológiccos y econó
ómicos (Sem
mple et al., 22001).
Z
Zubillaga
M (2012) encuentra que la fittorremediaccion con agregado dee compost es
aconsejaada para laa remediación de áreas extensass contaminnadas con m
metales pessados. Su uso
u
conjuntoo con comppost podría ser una oppción viablee para el mejoramiento
m
o de la ferttilidad físicaa y
químicaa de los suelos a remeddiar. La apllicación de compost diisminuyó laa movilizaciión del Zn, Cu
y Cd tottal, lo cual limita
l
su poosible lixiviaación hacia los horizonntes inferiorres.
E conceptoo de biorrem
El
mediación es
e utilizado para describir una variiedad de teccnologías que
q
utilizan organismos vivos (plaantas, hongoos, bacterias, entre otroos), para rem
mover (extrraer), degradar
C. A.Falcó, 2015
Págg. 77
(biodegradar) o transformar (biotransformar) compuestos orgánicos tóxicos en productos
metabólicos menos tóxicos o inocuos (Van Deuren et al., 1997). Los principios básicos del
compostaje de residuos peligrosos o contaminantes orgánicos son similares a los del compostaje de
residuos orgánicos no peligrosos. En ambos casos, es necesario optimizar cinco parámetros:
aireación, temperatura, contenido de humedad, relación carbono/ nitrógeno (C/N) y pH (Eweis et
al., 1998). Debido a que los contaminantes orgánicos comúnmente no se encuentran en
concentraciones suficientes para soportar un proceso de compostaje como sustrato, el material
contaminado debe mezclarse con sustancias orgánicas sólidas biodegradables como aserrín, paja,
bagazo, estiércol, compost maduro y desechos agrícolas. Estos materiales son conocidos como
agentes de volumen y se utilizan en el proceso de compostaje con tres finalidades básicas: a)
asegurar la generación del calor necesario para el proceso; b) mejorar el balance y disponibilidad de
nutrientes (C/N) para la actividad microbiana y c) aumentar la porosidad del compost y con esto la
aireación y capacidad de retención de agua (Alexander, 1994; Eweis et al., 1998; Semple et al.,
2001).
Un biofiltro basado en compost fue operado a escala de laboratorio durante un periodo de 6
meses para estudiar los requerimientos para la remoción de n-hexano del aire. El hexano es un
hidrocarburo alifático de cadena relativamente corta con un coeficiente de Henry alto y baja
solubilidad en agua. La aclimatación del biofiltro fue baja, pero las eficiencias de remoción
alcanzadas después de un mes de operación fueron del 80 %. Sin embargo, el desarrollo declinó
durante los siguientes dos meses de operación al 50 % de eficiencia de remoción. Se propuso como
una razón para ello, la limitación de nutrientes. Después de la adición de una solución concentrada
de nitrógeno, la eficiencia del reactor se incrementó casi inmediatamente al 99 %. La eficiencia de
remoción se mantuvo a ese nivel en los siguientes dos meses de operación a concentraciones de
entrada de 0.7 g/m3 (200 ppmv), a velocidades superficiales que alcanzaron 50 m/h, y tiempos de
residencia en el lecho de casi un minuto (Morgenroth et at., 1996; Barradas; 2009).
Tang et al. (1996) analizaron el uso del compost en la biofiltración de corrientes de gas
contaminado conteniendo trietilamina (TEA) de olor desagradable. El experimento se desarrolló en
un reactor a escala de laboratorio con una mezcla de compost cribado y partículas de chaff como
medio filtrante sobre el cual fueron inmovilizados los microorganismos. Las concentraciones de
TEA en el gas de entrada variaron de 0,32 a 3,45 g/m3 (78 ppmv a 841 ppmv), mientras que la
velocidad superficial del gas de entrada fue de 60,1 a 322,2 m/hr. La eficiencia de remoción de TEA
en el biofiltro disminuía si la velocidad del gas o la concentración de TEA en el gas de entrada se
incrementaban. Sin embargo, la capacidad de eliminación de este biofiltro pudo alcanzar más de
Pág.: 78
140 g/m
m3h. Cuandoo la carga de
d TEA excedió este vaalor crítico se observó inhibición
n del sustrato y
disminuución en la capacidad
c
d eliminaciión (Barrad
de
das; 2009).
E relaciónn al uso de compost para el contrrol de enferrmedades fooliares, se han publicaado
En
investiggaciones sobbre el contrrol de enferm
medades dee las plantass por rociaddo de las paartes aéreas de
las planntas con disspersiones acuosas o “té” de com
mpost. Estaas dispersioones fueron
n preparadaas a
partir dee compost mediante
m
suu empleo enn una “lechada” por aggitación y seedimentació
ón posteriorr, y
utilizaciión del sobbrenadante. La eficaciaa de estos tratamientoos varía conn el compo
ost, el tipo de
cultivo o planta y la enfermeddad en cuestión (Weltzh
hien, 1992; Yohalem et al., 1994; Conforti
C
et al.,
2002). En
E el marcoo de esta tessis se ha reaalizado exittosamente una
u prueba ddel uso de Té
T de comppost
para el control
c
de pulgones
p
enn plantas de jardín,
j
que se mencionna en el Cappítulo 4.
R
Recienteme
ente se ha demostrado
d
que el com
mpost incorpporado a loss suelos pueede protegerr el
follaje de
d las planttas frente a patógenos de plantas foliares (T
Tränkner, 19992; Zhang
g et al., 19998;.
Hoitinkk et al, 19977; Khan et al., 2002; Pharand
P
et al., 2002; Krause
K
et aal., 2003). Parece
P
posiible
que el compost
c
puueda ser utillizado más ampliamentte en el futuuro para el control de enfermedaddes
foliares, pero en la actualiidad existee incertidum
mbre en esta
e
materiaa (Keener et al.,20005),
requiriééndose mayoores investigaciones.
1.5
CIN
NÉTICA DEL
L COMPOST
TAJE
E número de parámettros del moodelo requerrido y la faacilidad de obtención de
El
d sus valoores
influirá en la utillidad de loos modelos matemáticcos y, hasta cierto puunto, determ
minarán si se
emplearrán como heerramientass operativas o de investtigación.
Mason (20006) y Mooreno et all. (2008) indican
i
quee se encueentran en la
l bibliograafía
d proceso de composttaje desde 1976,
1
con unn primer ap
porte realizaado
modelizzaciones maatemáticas del
por Finnger et al. (1976). Maason (2006)), en su con
nclusión finnal, sugiereen que “..H
Hay que segguir
trabajanndo mucho para obteneer datos adiicionales accerca de la degradación
d
n del sustraato, explorarr el
desarrolllo de mejores modeelos..”. Por otra partee, Moreno et al.(20088) indican que “ …L
Las
limitaciones debidaas a la heteerogeneidadd del medio
o sólido expplican el baj
ajo desarrolllo de modeelos
p
de compostajee comparadoos con los desarrollos
d
p medio llíquido”.
para
para el proceso
Los proocesos invoolucrados enn el compoostaje son más
m compleejos que loss de otras biotecnolog
b
gías
ambienttales comoo por ejem
mplo el trattamiento dee aguas reesiduales, ppor la heteerogeneidadd y
C. A.Falcó, 2015
Págg. 79
variabilidad de la carga. Los modelos que se presentan normalmente utilizan simplificaciones que
dificultan su aplicación en el campo real.
Contribuyen al conocimiento sobre esta materia los estudios de digestión aeróbica en fase
líquida y el campo más amplio de la degradación aeróbica de sistemas con sólidos, aportando
modelos de posible importancia para la comprensión y la predicción del comportamiento del
sistema de compostaje. Existen muchos otros modelos relacionados con el compostaje que
responden a estudios sobre sistemas similares y asimilables tales como los que describen la
digestión aeróbica termofílica de lodos activados de plantas de tratamiento cloacal con suelo y
residuos (Andrews y Kambhu, 1973; entre otros), o la fermentación de yuca por Aspergillus spp.
(Saucedo et al, 1990; Rodríguez et al., 1991). En común con los modelos de compostaje, sus
enfoques analíticos se basan en la solución de las expresiones de balance de calor y masa, con el
aporte de calor biológico y el calor latente de evaporación del agua, identificados por Andrews y
Kambhu (1973) como los elementos más importantes en el balance de calor.
La forma general que adoptan las soluciones para las ecuaciones de equilibrio de masa en el
tiempo y el calor generado en la mayoría de los modelos de procesos de compostaje son:
Acumulación = Entrada - Salida ± Transformación (generación y consumo)
(Ec. 1-2)
Las variables de estado de interés primario en el compostaje son la temperatura, contenido
de humedad, contenido de sustrato y concentración de oxígeno (Mason, 2006). Los modelos
encontrados tienen, por lo general, una mirada de macroescala sobre el sistema de compostaje, con
el foco de atención del análisis centrado en el reactor en su conjunto. Sin embargo, varios autores
han abordado el problema partiendo de un punto de vista microbiológico (Kaiser, 1996; Stombaugh
y Nokes, 1996; Seki, 2000). En todos los casos encontrados se analizan sistemas donde la carga de
materia a compostar es Bach, o sea, puntual y al comienzo del ensayo, evaluando luego la evolución
del sistema sin nuevos agregados de materia (salvo aire y agua). Esta diferencia es sustancial al
pretender comparar y/o adaptar estos modelos al dispositivo desarrollado en esta tesis, sin
detrimento de la importancia de hacer este análisis del estado del arte para lograr una aproximación.
Del mismo modo, la bibliografía muestra que, en numerosos casos analizados, el aire es
alimentado al sistema por inyección forzada, normalmente con su respectivo monitoreo en la
entrada y la salida.
Se presentan en cada caso y a continuación del análisis bibliográfico de los estudios de
modelización del compostaje encontrados, adecuaciones de estas expresiones para la situación de
Pág.: 80
sistemas de Flujo pistón
p
comoo en nuestro caso, con carga
c
continnuada de tippo pulsante.
La solución
de estass ecuacioness diferenciaales y su proofundización
n exceden los
l límites dde este trabaajo y quedarán
reservaddas para sigguientes trabbajos de invvestigación.
1.5.1. EXPRESIONEES CINÉTICAAS DE BALANNCE DE ENEERGÍA:
T
Trabajaron
sobre estos modelos, entre otros Finger et al.
a (1976), Smith and Eilers (19880),
Bach ett al. (1987) , Kishimotoo et al. (1987) , Nakasaki et al. (19987) , Hameelers (1993) , Haug, 19993,
Keener et al., (19993); van Lieer et al. (19994) , Kaiserr (1996) , Stombaugh
S
aand Nokes (1996)
(
, Daas y
keener (1997) , VaanderGheynnst et al.,19997b; Moheee et al. (19998) , Seki (2000) , Robinzon
R
et al.
(2000), Schloss et al.
a (2000), Higgins
H
andd Walker (2
2001), Nielsen et al. (20002), Briškii et al. (20033) ,
Lin et al.(2004), Mason,20006; Zurcan (2007), Carolla et
e al. (20007), Li-Chu
unping et al.
(2007),G
Gomes et al.
a (2008), Yu Shouhaai et al. (2
2008), Petriic y Selimbašic (2008)), Vlyssidess et
al.(20099), Kuwahaara et al. (2009),
(2
Gonnzalez Figueredo et all. (2010), F
Fontenelle et
e al (2011)) y
Zambraa et al (20111).
L
Los
datos experimenntales obtennidos de lo
os ensayoss de compostaje que menciona la
bibliogrrafía consulltada han demostrado
d
que la actiividad biolóógica tiendee a aumenttar primero en
forma lenta,
l
para luego inccrementarse moderada y rápidam
mente, hastaa alcanzar un
u valor piico.
Luego, se produce una rápiida disminuución de laa actividadd, típicamennte durantee un intervvalo
pequeñoo de temperraturas ( Grráfico 1-7).
L balancees de energgía propuesstos por los diferentes autores tieenen en cueenta diferenntes
Los
términoos asociadoss a distintos componenntes del sisteema (Masoon, 2006):
Términoos de Acumuulación:
C
Calor
sensibble del conttenido del Biorreactor.
B
Términoos de Entradda:
C
Calor
sensibble del aire seco de enttrada,
C
Calor
sensibble y latentee de la entraada de vapo
or de agua,
C
Calor
sensibble del aguaa suplementtaria (como carga o parra mantenerr humedad),, y
C. A.Falcó, 2015
Págg. 81
Radiación,
Términos de Salida:
Calor sensible del gas de salida (seco),
Calor sensible del vapor de salida,
Calor latente de evaporación,
Pérdidas por conducción y convección, y
Pérdidas por Radiación.
Términos de Transformación:
Calor generado biológicamente.
Nótese que no se consideran los aportes de energía que introducen las entradas de nuevo material a
compostar ni salida de compost, los que deberemos considerar para sistemas continuos como en
nuestro caso.
La siguiente expresión representa un modelo de balance de calor generalizado, considerando
la acumulación de calor sensible como la variable independiente:
SVB
(Ec. 1‐3) El resultado es expresado en kW, donde:
m
es la masa del material de compostaje (kg);
c
es el calor específico del material de compostaje (kJ / kg ° C);
T
es la temperatura del material de compostaje (° C);
t
es el tiempo (s);
G
es la tasa de flujo másico de aire (en kg / s);
Hi y Ho
son las entalpías de entrada y salida de gas (KJ / kg);
Pág.: 82
SVB
es laa masa de sóólidos voláttiles biodegrradables (kgg);
Hc
3
es ell calor de coombustión(31
) del sustrrato (kJ.kg-1);
U
-2
es ell coeficientee global de transferencia de calor (kW.m
(
.°C
C-1);
A
es laa superficie de intercam
mbio del reaactor de (m2); y
Ta
es laa temperaturra ambientee (ºC).
P
Para
resolvver esta exppresión se requiere conocer
c
loss términos dde calor po
or convección,
conduccción, radiacción,y biológgicos , adem
más de las tasas
t
asociaadas a humeedad y camb
bio de sóliddos.
Las entaalpías puedeen ser obtennidas a partiir de modelos psicoméétricos, supooniendo, po
or ejemplo, un
100% de
d humedad relativa en el gas de saalida ( Haug
g, 1993; VanderGheynsst et al, 199
97b).
V
Varios
autoores han trattado a “mc” (Ec. 1-3) como
c
un térrmino consttante (van Lier
L et al,
1994;. Stombaugh
S
y Nokes, 19996; Das y keener,
k
199
97; VanderG
Gheynst et aal, 1997b;. Mohee
M
et al,
l,
1998; Higgins
H
y Walker,
W
2001) dando luggar a expresiones de la forma siguiiente (Maso
on, 2006):
a partir de la cual, la
l expresiónn de la tasa de cambio de
d temperattura es:
E
Esta
expressión no resuulta válida en nuestro
o caso de estudio, ya qque “m” no
o es constaante
porque se agrega carga
c
continnuamente . Asímismo deberá incoorporarse enn la ecuació
ón, en nuesstro
caso, la masa de coompost extraaída y su reespectivo caalor. Así, entonces. La eecuación resultante serrá:
(Ec. 1‐4
4) En ella se diferenciia el aportee de materiaa y energía dado
d
por la entrada (“ee”) en virtud
d del frecueente
ingreso de nuevos residuos, y la salida (““s”) de mateeria y energgía, asociadda con la gaasificación y el
31
Deberían considerarse, en este caaso, valores dee combustión biológica,
b
no térmica, que ppodrían ser diferentes.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 83
retiro de compost, introduciendo, en nuestro caso, un nuevo término que no es despreciable
respecto del resto, ni constante.
La interpretación de las entalpías de aire entrante y saliente cobran, en nuestro caso, una
interpretación diferente a las que motivaron todos los modelos de la bibliografía citada, ya que no
se inyecta aire, sino que éste se renueva convectivamente durante la rotación a través de los
respiradores del dispositivo, lo que resulta de muy difícil cuantificación (32). Del mismo modo, es
posible despreciar en nuestro modelo a “G”, el flujo de aire seco, ya que, como se indicó , no se
inyecta aire y, por ende, no se agrega ni retira significativamente calor ni humedad con esta
corriente. Así, la ecuación resultante será:
SVB
(Ec. 1‐5) Nóteses que se ha agregado para nuestro caso de estudio el pequeño aporte de energía
mecánica que entrega el motor en su rotación representado por Pm (KW), donde λm es un
coeficiente adimensional que representa la fracción de Pm que no se disipa mecánicamente y aporta
en forma efectiva a la aireación(33), el flujo de sólidos, los esfuerzos de corte de todos sus filos que
desmenuzan todo el residuo, etc.(34). Como se mencionó, la solución de esta ecuación excede los límites de esta tesis, y se
reservará para futuros trabajos de investigación.
1.5.2 EXPRESIONES CINÉTICAS DE BALANCES DE MATERIA
Se mencionan las expresiones establecidas por Higgins y Walker (2001) para la predicción
del contenido de humedad del sólido sobre la base del análisis del contenido de aire de entrada,
contenido de gas de salida y agua de origen biológico. Estos autores consideran un factor de
32
Para hacerlo, se debería encapsular al dispositivo en forma estanca, con renovación de aire, monitoreando la entrada y
salida de gases.
33
Esta energía mecánica para la aireación participará de la energía de activación necesaria para que exista combustión
biológica que genera calor.
34
El residuo es volcado al Biodigestor sin ninguna trituración previa.
Pág.: 84
rendimiiento denom
minado “y”” sobre la base
b
de la degradacióón de materia biodegrradable volátil
(SVB):
(Ec. 1‐6
6) Siendo:
medad (kgH2O
Mb : conteenido de hum
H /kg sólido base
b
seca ),
t tiempo (ss),
t:
Ga : caudall másico de aire seco (kkg de aire seeco / d),
Hs : contennido en hum
medad saturada (kgH2O/kg
/ aire seco),
T temperattura del material de com
T:
mpostaje (°°C),
Ta : temperratura ambieente (°C),
“ : rendim
“y”
miento metaabólico de agua
a
(kgH2OO/kg SVB eliminnado),
S
SVB:
masaa de sólidos volátiles biiodegradablles (kg),
Vr : volumeen de trabajo del reactoor (L), y
ρdb
: denssidad aparennte (en basee seca) del material
m
de compostaje
c
(kg/m3).
H
Higgin.
y Walker
W
(20001) estimann el consum
mo de oxigeeno, o la evvolución dee CO2, con un
enfoquee similar, obbteniendo:
(Ec. 1‐7
7) S
Siendo,
en este
e caso:
“y”: consuumo metabóólico de oxíggeno (kg O2 / kg SVB eliminado) ,
XO2 : conceentración dee oxígeno (kkg O2/kg airre seco),
C. A.Falcó, 2015
Págg. 85
ε : porosidad del material de compostaje, adimensional , y
ρa : densidad de aire seco (kg / l).
Keener et al. (1993) , Kaiser (1996), Stombaugh y Nokes (1996), Das y Keener (1997) y
Mohee et al (1998) estiman estos factores de rendimiento para las ecuaciones mencionadas (Mason,
2006).
En estas expresiones se tiene en cuenta el diferencial de masa de materia biodegradable
debido a las reacciones de descomposición, donde los sólidos se gasifican. Sin embargo, como se
trata de sistemas en Bach, no se considera el diferencial de masa debido al agregado de nuevo
residuo, ni al retiro de material compostado, como sucede en el dispositivo que aquí se desarrolla.
Así, asumiendo como aproximación que la densidad aparente del material a compostar es
relativamente constante , y despreciando además el aporte de un flujo continuo de aire que no existe
en nuestro sistema, se propone para nuestro caso modificar la Ec. 1-6, según:
/
/
SVB
SVB
(Ec. 1‐8) donde :
Ha : humedad de los residuos que ingresan (KgH2O/Kg residuo seco),
Ma : caudal másico medio de ingreso de residuos (KgROB seco / día),
Hc : contenido de humedad del compost retirado (KgH2O/Kg compost seco), y
Mc : caudal másico medio de retiro de compost (Kg compost seco / día).
En las expresiones anteriores se ha incluido el modelado biológico al describir la
degradación de sólidos, ya sea utilizando explícitamente la concentración de SVB, o implícitamente
mediante el consumo de oxígeno o la generación de dióxido de carbono, y aplicando los
coeficientes de rendimiento de calor, con el fin de obtener una expresión de energía (Mason, 2006).
Pág.: 86
L modeloos encontraddos en la bibbliografía presentan
Los
p
eccuaciones dee degradació
ón del sustrrato
utilizanddo principaalmente cinnéticas de primer
p
orden, expresiiones de tippo Monod,, o empíriccas,
modelanndo la prooducción dee calor bioológico con
n expresionnes como las que see presentann a
continuaación en la Tabla 1-7, recopiladass por Mason
n (2006).
Tabla 1‐7
7 Expresiones de primer orrden de la velo
ocidad producción de calor biológico (EEb) (Mason, 20
006) L expresiones de tipoo Monod, de
Las
d primer orrden, son típpicamente uutilizadas paara describirr el
crecimieento de las células y se
s han utilizzado tanto para
p
predeccir las tasass de consum
mo de oxígeeno
(Kaiser,, 1996) com
mo las tasaas de produucción de só
ólidos (Stom
mbaugh y N
Nokes, 1996
6; Seki, 2000)
(Tabla 1-8). En algunos
a
dee estos casos se mod
delan por separado
s
laa degradaciión de cuaatro
principaales sustratoos diferentees (azúcaress y almidon
nes, hemiceelulosa, celuulosa y lign
nina) mediaante
cuatro grupos
g
miccrobianos (bbacterias, actinomycet
a
tes, hongos, hongos bblancos de putrefaccióón)
(Kaiser,,1996). La limitación de sustrato está repressentada en todos los m
modelos, y los ajustes de
nivel dee humedad y concentraación de oxxígeno es tenida
t
en cuuenta en el modelo dee Stombauggh y
Nokes (1996).
(
Tabla 1‐8
8 Expresiones tipo Monod d
de la velocidaad producción
n de calor biológico (Eb) para modelos d
de compostaje
e Fuente: Mason ( 20006).
S han utillizado expreesiones cinééticas empírricas para predecir el consumo de oxígeno y la
Se
l
generacción de dióxxido de carbbono ( Bach et al.,1987;; VanderGheynst et all., 1997b; y Nakasaki et
e
al., 1987), mientrass que Van Lier
L et al.(19994) han prresentado exxpresiones eempíricas paara evaluar la
degradaación de los sólidos (Taabla 1-9).
C. A.Falcó, 2015
Págg. 87
9 Expresiones Empíricas de
e la velocidad producción d
de calor biológgico (Eb) para modelos de ccompostaje Tabla 1‐9
Fuente : Mason
M
(20006).
Los parámetros usaados en todoos estos moodelos podríían ser agruppados en trees categoríaas:
(a) Aquélloos que desccriben propiiedades fun
ndamentaless del aire, aggua y materiales aislanttes,
tales coomo calor específico
e
d agua, deensidad del aire y conduuctividad téérmica;
del
(b) Aquélloos que desccriben las característicaas de las materias
m
prim
mas de com
mpostaje, como
densidaad aparente y porosidadd); y
(c) Aquélloos relacionnados con las tasas de
d degradacción del suustrato y el
e crecimiennto
microbiano.
E número total de parrámetros quue se utilizaan en los diiferentes moodelos paraa el proceso de
El
composstaje, sin inncluir conssideraciones acerca de
d las dim
mensiones ddel reactor o constanntes
matemááticas, han variado deesde aproxximadamente 6 (Nakaasaki et al., 1987), hasta
h
20 a 30
parámettros (Kaiserr, 1996; Stoombaugh y Nokes, 199
96; Scholwiin y Bidlinggmaier, 200
03, citados por
p
Mason, 2006).
E valor de
El
d estos moodelos es limitado cu
uando aún no se preesentan sufficientes daatos
experim
mentales vallidados. En muchos cassos su valid
dez queda ciircunscriptaa a los límites particulaares
que deteerminan las condicionees de borde del ensayo realizado por cada autoor (Mason, 2006).
Págg.: 88
CAP
PITULO 2 :
DIISEÑ
ÑO DE
D LA
A ING
GEN
NIER
RÍA DEL
D
B RREA
BIOR
ACTO
OR
FG
G
En este ccapítulo see recorren
n los distiintos aspeectos y co
onsideracciones aso
ociados al diseño de la ingen
niería del bio
orreactorr. Se preseentan los estudios de caractterización
n dee la alimen
ntación para realizzar los priimeros en
nsayos dee predimeensionam
miento con
n los que sse constru
uyó el prrototipo eexperimen
ntal. Posteeriormente se mueestran loss ressultados d
de las pruebas pilotto y se realiza el diiseño finaal del dispositiv
vo, mostrrando adeemás las d
diferentess etapas d
de su constrrucción. ED
D
C. A.Falcó, 2015
Págg. 89
En este capítulo nos proponemos :
Definir y justificar el tipo de reactor seleccionado, asegurando el tipo de contacto adecuado
entre el sustrato y la biota descomponedora en su interior para conseguir la mezcla deseada,
Fijar sus dimensiones garantizando el tiempo de contacto suficiente entre el sustrato y la
biota a fin de lograr el avance de reacción deseado (Ecuación 1-1), y
Determinar las características constructivas y las condiciones adecuadas de funcionamiento
para que la descomposición aeróbica transcurra controladamente según se pretende.
2.1 CONSIDERACIONES Y CONDICIONES DE BORDE PARA EL DISEÑO
Los criterios que adoptaremos para la optimización del diseño del biorreactor deberán
permitirnos cumplir con el objetivo de realizar adecuadamente el tratamiento de los residuos sólidos
orgánicos putrescibles (35) del hogar tratando de minimizar los costos de operación, de construcción
y comercialización, tendientes a consumir poca energía (conservación de recursos), evitar la
contaminación del ambiente y cuidar la salud pública (olores, vectores, etc), y resultar una
alternativa deseable para el uso familiar al que está destinado (comodidad, practicidad y eficiencia)
A partir de esos criterios básicos hemos confeccionado una lista de 9 requisitos o
condiciones de borde para el diseño que deberá cumplir el Biorreactor para poder considerar que ha
cumplido exitosamente sus funciones, que son:
1. Ausencia real de malos olores durante todo el proceso;
2. Minimo contacto directo del usuario con el residuo en cualquier etapa del proceso;
3. Operación limpia y segura.
35
Con el termino Putrescibles consideramos una subdivisión del grupo de los ROB que busca diferenciar los residuos
de rápida biodegradabilidad, de los que demoran más tiempo para su descomposición y pueden permanecer estables
en el compost resultante, según se explicó en el ítem 1.2
Pág.: 90
4. Cumplimiennto de la noormativa de referencia en relaciónn a la calidaad y madureez del compost
o
obtenido
paara los usoss al que se loo destine;
5. Mínimizar
M
e esfuerzo físico
el
f
del ussuario para
a su operaciión;
6. Limitación
L
de la prolifferación de vectores (m
moscas y roeedores);
7. Mínimo
M
esppacio físico para
p
su insstalación y operación;
o
8. Bajo
B
costo de
d instalaciión y operacción; y
9. Mínimo
M
connsumo de ennergía elécttrica para su funcionam
miento mecáánico y térm
mico.
A
Atendiendo
o a estas conndiciones, existe
e
una serie de deteerminacionees iniciales que se puedden
tomar para
p definir característic
c
cas básicas que deberá cumplir el dispositivo a desarrollaar.
U primerra definiciónn es el tipo de descomp
Una
posición orrgánica que se quiere promover
p
enn el
biorreacctor. Tenienndo en cuennta principallmente las condiciones
c
s de borde N
Nº1, 3 y 6, se descartarron
todas laas posibilidaades de diggestión anaeeróbica(36). En consecuencia, se seleccionó un sistema de
tratamieento aeróbicco comúnm
mente conoccido como compostaje,
c
cuyos prinncipios se describieron
d
en
el capituulo anteriorr.
P
Para
definirr el diseño de la ingeniería de nuestro
n
reacctor bioquím
mico o biod
digestor(37),, se
debe coonsiderar quue se trabajaa con un sistema form
mado por varriada materiia orgánica biodegradaable
en descoomposiciónn, según la Ecuación
E
1--1, con el sig
guiente esquuema de fluujos de mateeria y energgía:
36
Fundaamentalmente se consideraaron tres razoones, la pottencial emisióón de olores,, el riesgo que
q representaa la
inflam
mabilidad del metano y ottros COVs livvianos produccto de reaccioones anaeróbiicas, y la min
nimización dee la
generación de GEIIs a fin de reducir el impaacto del camb
bio climático, ya que el pooder de calenttamiento de CH
C 4
d CO2 (GEO
O4,2007).
liberaado es 24 vecees superior al del
37
Nos reeferiremos a lo largo de la tesis a los términos biorreactor y bioodigestor emppleados como
o sinónimos para
p
enriquuecer el textoo, y atendienddo a que la reacción
r
que sucede en ell reactor es la digestión del
d RA. Tambbién
usarem
mos los términnos: dispositivvo y compostaador.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 91
Consumo de
O2
Entrada de
ROB
Intercambio de humedad y
calor con el ambiente
emisión de
CO2
Sustrato
+
Biota
+
Agua
Salida de
Compost
Energía aportada
para la rotación
Salida lixiviado
Figura 2‐1 Flujos de materia y energía del sistema
A fin de clasificar nuestro sistema, es posible utilizar algunos criterios usados por Levenspiel
(1986). Así, en relación al número de ecuaciones estequiométricas necesarias para representar las
reacciones presentes en el biorreactor que se quiere diseñar, vemos que nuestro sistema es de
múltiples reacciones que transcurren tanto en serie como en paralelo. Todas las reacciones de
descomposición (oxidación biológica) son irreversibles. Respecto del intercambio de energía con el
medio, el sistema es exotérmico (autotérmico). Las variables principales que influyen en la
velocidad de reacción son: la aireación, el contenido de humedad, la relación C/N (necesidades
nutricionales), la temperatura y el pH, ya desarrolladas en el ítem 1.2.2 .
Respecto del tipo de fases incluidas en el proceso, se trata de un sistema sólido–gas
(ROB/O2), del tipo heterogéneo y enzimático (o autocatalítico) (38), donde el oxigeno es el reactivo
limitante.
La reacción de descomposición puede ser considerada una oxidación de sólidos,
biológica en nuestro caso, donde no es necesario el aporte de la temperatura para el inicio y
desarrollo de la reacción. Al sistema ingresan sólidos (ROB) y fluidos (aire); luego del proceso
bioquímico con pérdida importante del peso (por gasificación), egresan sólidos (compost) y fluidos
(CO2, agua, etc).
38
Esto es válido si consideramos la aproximación de que las enzimas actúan como catalizadores; en tal caso, se trata
de un sistema “autocaltalítico” ya que el aumento de la concentración del producto (la biota), aumenta la velocidad
de reacción (Levenspiel, 2004).
Pág.: 92
E sistema incluye alim
El
mentación continua
c
deel gas (aire)) e ingreso discontinuo
o de los RO
OB,
caracterrizado por cargas puuntuales y cuasi-perió
ódicas (pulssantes). Éssta es una característtica
determinante para el diseño del
d dispositiivo, ya que éste deberáá ofrecer coomodidad e higiene tanto
para la operación
o
c
cotidiana
de la descargaa de los RO
OB (entrada)), así como para el retirro de compoost,
siempree cumplienddo además con
c las restaantes condicciones de boorde mencioonadas.
E carga pulsante
Esta
p
se irá sumandoo a la masa existente en el bioreacctor formada por los RO
OB
volcadoos anteriorm
mente (susttrato), más la masa conformadaa por la ssuma de po
oblaciones de
microorrganismos descompone
d
edores y connsumidoress presentes (biota),
(
y ell agua. (Fig
gura 2-1). Para
P
que el equilibrio de
d este prooceso de deegradación biológica representado
r
o en la Ecuación 1-1 se
c
do rápidam
mente toda la materia orgánica putrescible,
p
es
desplacee hacia su derecha, consumiend
necesariia la presenncia de una importante
i
cantidad dee biota diverrsa y prolífiica esperand
do la carga (su
alimentoo), ofreciénndoles una correcta
c
prooporción de oxígeno y de
d nutrientees, operando
o dentro de un
rango adecuado
a
dee condicionnes de tempperatura y humedad,
h
p
permanecien
ndo un tiem
mpo suficieente
para la adecuada degradacióón. Una veez transcurrrido el tiem
mpo suficieente con laas condicionnes
adecuaddas, el ROB
B se transforrma en comppost maduro y ya puedde ser retiraddo del biorrreactor.
P lograr estabilizar adecuadam
Para
mente el com
mpost, es neccesario que dentro del biorreactorr no
exista mezcla
m
entree el ROB frresco que está ingresan
ndo y el maaterial que yya esta digeerido, en etaapa
de maduuración. Esste hecho deetermina la existencia de un míniimo de 2 coompartimen
ntos dentro del
digestorr y la necesidad de conntar con cappacidad operativa para aislar al meenos uno dee ellos a finn de
darle al compost ell tiempo sufficiente parra que comp
plete su madduración prrevio a su reetiro. Mienttras
mpartimentto, se sigue recibiendo carga.
tanto, enn el otro com
S
Según
vem
mos en el Gráfico
G
1-77, la evolucción del prroceso de ddescomposición atraviesa
clarameente 3 etapas, debiénddose considderar en el diseño dell reactor laa inclusión de “espaciiostiemposs” consecutiivos para caada una de estas etapaas. En conseecuencia, reesulta conv
veniente conntar
con un mínimo de 3 espacioss o comparttimentos, a fin de ofreecer a la meezcla intern
na condicionnes
diferencciadas segúnn el estadíoo del procesoo que se esttuviera atravvesando. A estos espaccios dentro del
composstador los denominarem
mos “cámarras”, “celdaas” o “comppartimentos””, y en cada uno de elllos
deberem
mos promovver la etapa respectiva.
L primer cámara
La
c
recibirá el ROB
B y, en ellaa, se iniciarrá rápidameente la reacción, mienttras
que a partir de la última
ú
cámaara se retiraará el comp
post maduroo, según lo indique el proceso:
p
Enn la
minente de la etapa inteermedia del proceso.
segundaa cámara se llevará a caabo el desarrrollo preem
C. A.Falcó, 2015
Págg. 93
C
Ciertamente
e podría uttilizarse unn mayor nú
úmero de cámaras,
c
meejorando seeguramentee el
diseño y el resulltado, pero estaríamoss elevando
o los costos y la com
mplejidad de operaciión,
m
reducienndo su poteencialidad para el uso masivo.
P cumpliir con la conndición de borde
Para
b
de gaarantizar la total
t
ausenccia de olores, es necesaario
aseguraar que nuncaa se inicienn procesos anaeróbicos
a
s durante niinguna de laas etapas deel proceso. En
consecuuencia, el allmacenamieento transitoorio que reaaliza la fam
milia
de sus residuos
r
alim
menticios debe
d
ser breeve; los resiiduos deberrían
poder descargarse
d
al ritmo dee la generacción. Por ottra parte, seería
necesariio que en la primer cáámara dondde se recibee el ROB haaya
siempree una abuundante exiistencia dee biota aeeróbica acttiva
saludable, suficiennte como para
p
impreggnar rápidaamente la carga Imaggen 2‐1 descaarga de ROB
a las
i
recién ingresada (Imagen 2-1), danddo inicio inmediato
reaccionnes de descoomposiciónn aeróbica.
E control de
El
d esta impoortante relacción da lugar a la proppuesta del uuso del indiccador F/M que
q
relacionna la conceentración dee sustrato presente,
p
F (por “food” o alimeento de la biota), conn la
concenttración de Microorgan
M
ismos M, en
e completaa corresponndencia y applicabilidad
d del indicaddor
usado para
p
el contrrol de proceesos de trataamiento de efluentes por lodos activados (Meetcalf & Edddy,
1995).
A
Así
Ecuación 2‐1 donde :
F/M
: relación Alimento/Mi
A
icroorganism
mos (d-1),
S0
: concentracción de susttrato (carbonno) en la aliimentación (g/cm3),
θ
: tiempo de permanenccia en el Com
mpostador (d
( -1), y
B
: concentracción de Biom
masa en el Sólido del Biodigestor
B
r (g/cm3).
E requerim
El
miento de sostener valores
v
bajo
os de F/M para acelerar la reaacción influuye
fuertem
mente en la selección entre un sistema
s
bacch o un sisstema de fflujo pistón
n para nuesstro
biorreacctor.
Págg.: 94
E los sisstemas bach que opeeran con carga
En
c
pulsaante, los qque cuentaan con varrios
comparttimentos o cámaras deesarrollan suu proceso siiguiendo unn ciclo que alterna ordeenadamentee el
uso de sus comparrtimentos. Cuando
C
unoo de estos completa suu volumen,, simplemen
nte se deja de
ingresarr ROB hastta que se allcance la madurez,
m
y se
s empieza a usar el ssiguiente co
ompartimiennto.
Esta nuueva cámaraa que se em
mpezaría a llenar
l
segurramente acabaría de ccompletar el ciclo prevvio,
habiénddose retiradoo el compost maduro. En ocasion
nes se deja parte
p
de estte compost como inócuulo
para el nuevo
n
proceeso. Sin em
mbargo, la biiota del com
mpost maduuro varía nootablemente respecto dee la
biota mesofílica
m
innicial dominnante cuanddo existe ab
bundancia de
d material putresciblee (sustrato). El
procesoo de compostaje es auttocatalítico,, por lo quee resulta frrecuente, y aconsejablee, agregar una
u
porciónn de la masaa de la cám
mara que se acaba de co
ompletar, en donde haay más pressencia de biiota
inicial activa (innóculo), saatisfaciendo fácilmentte la neceesidad de iniciar ráápidamente la
descom
mposición. Ésta
É es una operación
o
m
manual
que requiere inttervención ddel usuario((39). El posiible
contactoo con el ressiduo entra en conflictoo con las co
ondiciones de
d borde Nºº 2 y Nº 5 (2.1). Por otro
o
lado, esta simple opperación serría de comppleja automaatización poorque requieere del uso de la robótiica.
E un sisteema de fluj
En
ujo pistón se
s presenta la posibiliidad de asiignar a cad
da cámara del
composstador la prreeminenciaa de una ettapa del pro
oceso. Así el residuo que va enttrando en una
u
primer cámara enccuentra un abundante
a
a
ambiente
mesofílico
m
innicial adapttado para reecibir siemppre
carga frresca. Posterriormente, deberá
d
circuular con fluj
ujo lento haccia las siguiientes cámaaras intermeedia
y de maaduración, donde
d
ya noo tendrá máss contacto con
c los ROB
B frescos, y donde pued
de continuarr el
procesoo de degradación hastaa la maduraación. Así, la
l primer cáámara de uun sistema de
d flujo pisttón
siempree será recepptora del ROB
R
e inicciadora del proceso, con
c lo que se logra establecer
e
u
una
poblacióón microbiaana que se adapta
a
y estabiliza paraa operar siem
mpre en esta fase. De esta
e maneraa no
sólo ya no resulta necesario introducir inóculos
i
en
n forma maanual, sino que la relaación existeente
entre laa masa de ROB
R
ingresaante (alimennto/sustrato
o), y la massa de biota receptora, F/M
F
(Ec. 2..1),
favorecee la rápidaa impregnacción del RO
OB y aceleera la descoomposiciónn. Ésta es una
u diferenncia
importaante con relaación al sisttema bach en
e sus estad
díos inicialees. Otra difeerencia de lo
os sistemass de
flujo pisstón es la caalidad más constante
c
deel compost obtenido.
39
Querem
mos mencionnar que considderamos que esta interven
nción es míniima, y hasta resulta agrad
dable y saludaable
realizarla. Sin embbargp, este traabajo se enfocca en el desarrrollo de un dispositivo auttomático que sea aceptado por
personnas que no esstán dispuestaas a realizar este
e tipo operración manual, debido a prrejuicios cultu
urales, típicoss en
habitaantes de ciudaades. Entendeemos que las personas
p
que viven en lugares con patioos y fondos de
d tierra, y tieenen
volunntad de hacer compost,
c
no necesitarían
n
ninngún tipo de dispositivo
d
esppecial.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 95
Sobre la base de las consideraciones anteriores, adoptaremos un sistema de tipo flujo pistón
para nuestro dispositivo. Este sistema permitirá además diseñar su automatización con mayor
facilidad y menores costos, y cumple más fácilmente con las condiciones de borde Nº2 , Nº 3 , y
Nº5 .
Atendiendo las consideraciones y recomendaciones de Levenspiel (1986 y 2004) para las
distintas configuraciones existentes de reactores bioquímicos sólido-gas operando en flujo pistón,
surge que los sistemas cilíndricos horizontales rotatorios ofrecen mejores ventajas comparativas
respecto de otros formatos. Por otra parte, los cilindros rotatorios son más eficientes y económicos
en relación al mezclado y aireado por rotación (40), ofreciendo además mecanismos simples y
probadamente efectivos en la promoción del flujo lento de los sólidos de la primer cámara hasta la
última, a través del control de variables como el ángulo(41), velocidad y frecuencia de rotación, y las
dimensiones y geometrías del dispositivo.
El diseño de las placas divisorias entre cámaras o “tabiques” deberá ser tal que permitan
regular la cantidad de sólido que pasa a través de ellas, permitiendo su cierre cuando se requiera, sin
interferir en ningún caso con la capacidad de aireación de las cámaras. De esta manera sera posible
regular el tiempo espacial de cada etapa, dentro del margen que permitea su volumen para la
acumulación temporal, de acuerdo a las necesidades que planteen situaciones particulares durante el
proceso, tales como la variabilidad y la discontinuidad de la carga de ROB, el descenso de la
velocidad del proceso metabólico de degradación debido a la disminución de la temperatura
ambiente durante el invierno, o el vaciado del dispositivo. Así, la regulación del rango de abertura
de las placas divisorias constituirá otra importante variable de control del proceso.
40
41
Evitando la necesidad de un sistema de aireación forzada, de alto costo.
Ángulo del eje del cilindro respecto de la horizontal
Pág.: 96
ARACTER
RÍSTICAS
S DE LA ALIMENT
A
TACIÓN
2.2 CA
E nuestro bioreactor, los ROB de
En
d ingreso están
e
princiipalmente constituidos por los resstos
de alim
mentos que genera
g
la dinámica
d
dee vida de un
na familia argentina tiipo de 4 miembros.
m
E
Esta
alimentaación, que representa la materiaa prima dell proceso de
d composttaje, es disscontinua, con
c
pequeñaas cargas puuntuales peeriódicas daadas por el vaciado de un recipiennte que acu
umula el RO
OB
transitorriamente all pié de la generaciónn (Imagen 2-1 e Imaggen 2-2).
Esta conndición le otorga
o
a la alimentación
a
n una característica pullsante, de
compossición heteroogénea y vaariable, quee sigue los patrones
p
esttacionales
de los alimentos
a
y los patronees culturaless y económicos propios de cada
grupo faamiliar geneerador.
S puede coontrolar la frecuencia y volumen de cada deescarga al
Se
biorreacctor a partiir de la seelección dee un tamañ
ño pequeñoo para el
recipiennte de almaacenamientoo transitorioo de los resstos de alim
mentos, el
cual se coloca en la cocina cerca del sittio de generración. Estoo no solo
evitará olores, sinno que ayuddará a distrribuir la caarga a lo largo del
tiempo. En nuesttro caso see usaron recipientes,
r
con un volumen
v
Imagen 2‐2
2 Recipiente para ROB
aproxim
mado de 1,44 L. A fin de
d evitar la saturación de humedaad del comppost en el biorreactor y el
consiguuiente excesso de lixiviaados, es connveniente ussar dos recippientes iguaales ubicado
os uno denntro
422
del otroo, realizandoo agujeros pequeños(
p
) en el fond
do del recippiente internno (blanco), para perm
mitir
que los líquidos prroducidos por
p los alimeentos escurrran al segunndo recipieente conteneedor (azul). Se
a compostaador el conntenido del recipiente interno,
i
mieentras que llos líquidoss escurridoss se
vuelca al
vuelcann en la desscarga de líquidos
l
dee la pileta de la cociina. Esta ooperación, sumada a la
evaporaación, minim
mizó la gen
neración de lixiviados en
e el dispossitivo.
E conteniddo de humeddad de los restos
El
r
de aliimentos es muy
m variablle, como see muestra enn la
siguientte tabla:
42
Mediaante mecha dee 2 o 3 mm dee diámetro.
C. A.Falcó, 2015
Págg. 97
Tabla 2‐1 Humedad de algunos alimentos Material
Lechuga, espárrago, coliflor
Leche
Papa, pera
Huevo
Carne
Pan
Queso duro
Papel
Galletas
Humedad
relativa (%)
95
87
80
74
70
40
35
5
5
FAO/Latinfoods, 2009
Hemos descripto la importancia de esta variable para el buen funcionamiento del
compostador y sus rangos óptimos de acuerdo a la metodología de compostaje.
A menudo los materiales ricos en nitrógeno son muy húmedos y los ricos en carbono son
secos (Rimache, 2009). Ésta es apenas una regla apresurada, llena de excepciones (como la papa),
pero que resulta práctica para la selección de residuos de modo tal de no sobresaturar de agua el
sustrato.
Los residuos de alimentos con altos contenidos de humedad, además de ser la principal
fuente de generación de lixiviados de los RSU, pueden liberar jugos frescos, sin fermentar aún, que
preferiblemente no deberían ingresar al compostador directamente,a menos que el sustrato esté muy
seco. Es conveniente dejarlos reposar unas horas en los recipientes de recolección para su
separación del residuo sólido por escurrimiento. En este sentido es de resaltar el residuo de la yerba
mate usada, un residuo característico, abundante y cotidiano en hogares argentinos. Este ROB
siempre se presenta sobresaturado de agua, generando jugos característicos (43) que, en exceso,
pueden cambiar el funcionamiento del compostador.
Se ha discutido extensamente la importancia de una adecuada relación de nutrientes. La
siguiente tabla presenta, a modo de referencia, una lista de relaciones C/N de algunos residuos
comunes volcados al compostador:
43
Debido a su goteo, estos “jugos” son actualmente un verdadero problema en los distintos eslabones de la logística de
la GIRSU de esta región.
Pág.: 98
Tabla 2‐2 Relación C/N para algunos aliimentos Materriales
Aserrín fresco o astillas de maderaa
Maderaa (pino)
Diario o cartón corruugado
Papel
Paja de trigo
Hojas secas
Cáscaraa de maní
Restos de
d fruta
Cáscaraa de papa
Café
Césped recién cortaddo
Estiércool de vaca
Harina de
d sangre
Orina de
d animales
C/N
5500-800
723
560
1
150-200
130
30-80
55
35
25
20
12-20
18
3
0,8
Adaptadoo de Rimache Arttica, M (2009).
L relaciones C/N deeben ser ajustadas ten
Las
niendo en cuenta
c
la biiodisponibillidad de esstos
componnentes. Com
múnmente loos materialees ricos en carbono son derivadoss de la mad
dera o materrial
lignificaado, lo que reduce su
s biodegraadabilidad. Haciendo las mismaas salvedad
des anteriorres,
podemoos generalizzar diciendoo que los materiales
m
veerdes y fresccos son ricoos en nitróg
geno, mienttras
que los oscuros y secos son riccos en carboono (Rimache, 2009).
O
Otros
compponentes cuyya importanncia en la allimentaciónn se mencioonó en el íteem 1.2.2.1, son
s
los mateeriales estruucturantes, que colabooran con el bulking
b
de la mezcla y mejoran la
l difusión del
aire haccia su seno. Los princiipales materriales estruccturantes enncontrados een los ROB
B de la familia
que parrticipa de nuestro
n
estuudio son cáscaras de nueces y de almendrras, carozo
os de ciruellas,
duraznoos y otras frutas,
f
palilllos de yerba mate, maarlos de chooclos, pequueños hueso
os, cáscaras de
huevo y caparazones de caracooles. (44)
P
Para
poder realizar un mejor preddimensionam
miento del bioreactor
b
se realizó un
n relevamiento
preliminnar del ritm
mo y volumeen de generración de ROB
R
de la familia
f
que participa de
d este ensaayo,
colocanndo los reciipientes de la Imagen 1-2 y reg
gistrando ell peso en ccada ocasión
n de descaarga
44
Los carracoles son recolectados deespués de una lluvia y volcaados al compoostador, de donnde no pueden
n escapar. De
esta maneera se ayuda a controlar esta plaga del jarrdin, a la vez que
q el caracoll colabora conn la descomposición mientraas
esta vivo. Luego sus caaparazones vaacíos ofician de
d material esttructurante
C. A.Falcó, 2015
Págg. 99
durante 2 meses (45). Durante los 60 días que duró este ensayo de caracterización preliminar de la
carga para el diseño, fueron necesarias 36 descargas del recipiente completo (de volumen: 1,4 L),
con un valor promedio de peso del recipiente descargado de 790g, con un máximo aislado de 1,65
kg y mínimos de 350g (46). Esto representa una media de 474 g/día y de 14,22 kg/mes.(47)
2.3 PREDIMENSIONAMIENTO.
Desde el punto de vista mecánico, el biorreactor funcionará en forma automatizada y
discontinua, con la misión de mezclar, airear, triturar, cortar, y promover la circulación lenta en
sentido único hacia la cámara de estabilización y la salida, ofreciendo a su vez mecanismos simples
y prácticos para retirar el compost, para ir ingresando ROB fresco al ritmo de la generación y para
limpiar exteriormente todo el dispositivo.
Desde el punto de vista biológico en cambio operará en forma continua, aunque todas las
reacciones biológicas son dependientes en su funcionamiento del sistema mecánico, las reacciones
biológicas avanzan permanentemente, ajustadas a sus ciclos y las condiciones ambientales del
sistema.
La optimización de un diseño puede hacerse a través de la experimentación de campo y/o la
modelización matemática de un proceso. Dada la complejidad y la variabilidad de nuestro sistema,
para la definición práctica de algunas variables como el volumen óptimo de cada cámara, el tiempo
espacial, los rangos aceptables de aireación, el tiempo de maduración, y las variables del flujo (la
apertura de las divisiones, la velocidad y frecuencia de giro, y el ángulo del dispositivo), en este
ítem y el siguiente haremos un predimensionamiento. Los resultados obtenidos fueron sometidos a
ensayos de prueba piloto con un biorreactor prototipo, antes de definir el diseño final.
45
Esta caracterización inicial de la carga fue realizada durante Febrero y Marzo del año 2006. Para el tratamiento de
estos restos alimenticios se implementó la técnica de compostaje con pozo, enterrando los residuos en suelo de tierra
del fondo de la vivienda.
46
Estos valores son muy variables según el tipo de residuo. Así, cáscaras de cebolla o chalas de choclos son muy
livianas, mientras que residuos alimenticios de comidas elaboradas como arroces, guisos, o purés, resultan más
densos.
47
Más adelante se presentan los resultados del monitoreo continuo del peso del dispositivo final, que fue montado sobre
celdas de una balanza registrando automáticamente el valor del peso cada 15 minutos durante todos los años del
ensayo.
Pág.: 100
E el ítem 2.1
En
2 ya hem
mos definidoo el tipo de reactor quee diseñarem
mos; se trataa de un reacctor
bioquím
mico cilíndrrico, rotatorrio, con 3 cámaras y con flujo pistón; debbemos ahorra estimar las
dimensiiones de estte dispositivvo.
A
Analizando
o los modeloos idealizaddos presentees en la bibbliografía esspecializadaa en diseño de
reactorees químicoss (Coulson y Richarddson, 1984; Levenspieel, 2004; eentre otros)) usados para
p
describiir los fenóm
menos que suceden
s
en sistemas heeterogéneoss sólido-gass (48), encon
ntramos quee el
Modeloo de Converrsión Progreesiva, es el más asimillable a nuesstro escenarrio. Este mo
odelo descrribe
un reacttivo sólido poroso y suupone que todo el volumen de laas partículass de sólido reaccionan en
todo moomento conn una velociidad lenta de
d reacción, mientras quue el gas diifunde hastaa el interiorr de
los poroos del sólido con altaa velocidadd de difusió
ón, convirtiendo las ppartículas de
d reactivo en
productto (Kramerss y Westerrterp, 1963). Para adaaptar este modelo
m
a nnuestro casso deberíam
mos
asimilarr las partícuulas de sólidos resultaantes de nu
uestra reaccción, a ceniizas. Adem
más, se debeería
incorporar un factoor de rendim
miento o coonversión que
q contempple el hechoo de que nu
uestro proceeso
terminaa sin converttir todos loss sólidos quue ingresan en
e productoos gaseosos..
O aspectto teórico a contemplarr para modelizar, nuestrro sistema ppresenta un flujo no ideeal,
Otro
entendiééndose por tal a aquél que conducce a una disspersión de los tiemposs de residen
ncia dentro del
reactor. Siempre habrá
h
tiemppos de residdencia diferrentes paraa distintos ssólidos a lo
o largo de los
caminoss de flujo de un reacctor, situaciión que se produce por la existeencia de zo
onas muerrtas
(normallmente en esquinas
e
y bordes),
b
graadientes rad
diales de vellocidad (visscosidad, caanalizacionees),
difusiónn molecularr (gradientees de conccentración laterales
l
y longitudinaales), difusiión turbuleenta
(flujo all azar) y diffusión térm
mica (gradienntes de tem
mperatura). El
E desconoccimiento de estos factoores
en el diiseño puedee llevar a im
mportantes errores y por ello son convenienttes los estu
udios en plaanta
piloto (L
Levenspiel, 2004).
A entoncees, el dimennsionamientto del biorreeactor depennderá del fllujo de ROB
Así
B que requiiera
tratamieento y del tiempo
t
de permanenci
p
ia necesario
o para que un elementto de volum
men alcancee el
grado de conversióón deseada, “XA”.
R
Resulta
neccesario haceer la aclaración de quee la idea dee conversióón XA que representa
r
e
este
modelo se refiere a un reactivvo A que see convierte en
e productoo a lo largo de la reaccción, en donnde
XA repreesenta la fraacción de A que se ha convertido, quedando sin reaccioonar (1-XA) de reactivo A,
como tal.
t
En nueestro caso, podríamoss consideraar que la conversión es prácticcamente total,
48
Para essta aproximaciión consideram
mos al agua como un comp
ponente presennte en las 2 fasses.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 101
entendiendo que del residuo entrante no queda prácticamente nada una vez terminado el proceso de
compostaje, resultando un producto sólido (compost), y gases liberados.
La variable de diseño normalmente utilizada es el Tiempo Espacial (también llamado: falso
tiempo de residencia), cociente entre el volumen del reactor y el flujo volumétrico de alimentación
(Ecuación 2-2), que coincide con el tiempo medio de residencia en los casos en que la densidad de
la mezcla permanece constante. En sistemas como el nuestro donde la densidad no permanece
constante (49), no es correcto referirse a estos tiempos como tiempo de residencia. (Coulson y
Richardson, 1984; Levenspied, 2004; Farina et al.,1993,y otros).
Para nuestro análisis particular del modelo con ROB podemos pensar en desagregar en
componentes atómicos y moleculares como carbono, nitrógeno, agua, nutrientes, etc., o en
componentes del residuo según su tipo, tales como huesos, grasa, restos de cáscaras de frutas, papel,
yerba mate, cáscaras de nuez, etc. En las expresiones que siguen nos referiremos como componente
A, en forma genérica. Estos componentes ingresan con el residuo a una concentración CA0
(masa/volumen), un flujo másico entrante FA0 (masa/tiempo), de volumen v0 (volumen/tiempo);
(siendo rA obviamente dependiente del componente
seleccionado)
Lograda una situación de estado estacionario
en un reactor de en flujo pistón teórico, la
composición del fluido varía con la coordenada de
posición en la dirección del flujo. Para el balance de
materia para un componente A, nos referiremos a un
elemento diferencial de volumen dV según la Figura
2-2.
Figura 2‐2 Modelización del diseño de reactores de Flujo pistón de Levenspiel (2004)
Para realizar este balance, retomamos la (Ec. 1.2)
Acumulación = Entrada - Salida ± Transformación (generación y consumo)
(Ec. 1-2)
reordenándola según los criterios de Levenspiel, (2004), resulta:
Entrada = Salida + desaparición por reacción +Acumulación (= 0)
49
Tal como ocurre con el que conforma la mezcla de ROB, por su propia heterogeneidad y sus variaciones estacionales.
Pág.: 102
Para un esttado estacioonario, la accumulación será nula y la transform
mación estaará dada porr la
desaparrición del componente
c
e A a mediida que avaanza la reaacción de ddescomposición, con una
u
velocidaad rA, entonnces:
FA = (F
( A + dFA) + (-rA) dV
d
Siendo:
Reempllazando:
FA0
A dXA = (–rA) dV
Integranndo la ecuacción para toodo el biorreeactor hastaa la conversiión final de A, XAf , serrá:
y (50):
o
EEcuación 2‐2 Donde:
θ
T
Tiempo
esppacial (días))
V
V
Volumen
deel Reactor (litros)
(
v0
C
Caudal
voluumétrico dee la alimentaación (L/díaa)
50
De acuuerdo con Levvenspiel (20044.)
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 103
El tiemppo espacial es el tiemppo necesarioo para tratarr un volumeen de alimeentación igu
ual al volum
men
del reacctor. Así, si consideram
mos un tiemppo espacial de 100 díass, significa qque cada 10
00 días se trrata
en el bioorreactor unn volumen de
d alimentacción de ROB igual al volumen
v
dell dispositivo
o.
P los sisttemas de deensidad variiable no exiiste correspoondencia diirecta entre las ecuacionnes
Para
para loss reactores discontinuo
d
os y los de flujo
f
en pisttón, y debe utilizarse laa ecuación adecuada para
p
cada casso particulaar, sin que see puedan em
mplear indisstintamente (Levenspieel, 2004).
P
Para
casos sencillos donde
d
se conoce
c
con razonable certeza la ecuación cinética dee la
reacciónn y sus connstantes, la integral
i
de la Ecuación
n 2-2 podríaa calcularsee en forma analítica. Para
P
casos unn poco máss complejoss se aplicann normalmen
nte métodos de integraación numéérica o gráfiica.
La resollución de esta integracción en nueestro caso particularmeente complej
ejo y poco estudiado,
e
p
para
cada coomponente A, no resulta necesaario para lo
os objetivoos de esta tesis pues existen ottras
condicioones de borrde que imponen tiempos mayores a los máxim
mos que arrrojaría la Ecc. 2.2.
T
Tenemos
enntonces quue el tiempoo espacial es un paráámetro que está determ
minado porr la
fluidodiinámica dell sistema y por la possibilidad dee mezcla y difusión. S
Se considerra, además,, el
tiempo necesario para
p el desarrrollo comppleto del pro
oceso de com
mpostaje dee cada comp
ponente de los
ROB enn las condicciones dadaas por nuesttro sistema, TCA, determ
minado porr la velocidaad de reacción
rA, hastaa obtener unn compost maduro.
m
U criterio de diseño será entoncees imponer a la Ecuacióón 2-2 la coondición de que:
Un
Ecuación 2
2‐3 q garanticcen que el tiiempo espaccial
Este criterio implicca estableceer las dimennsiones míniimas tales que
sea sufiiciente paraa que todoss los compoonentes de los ROB puedan
p
com
mpletar las reacciones de
descom
mposición, y obtener unn compost teerminado deentro de esppecificaciónn. No existee restricciónn de
máximaa para cum
mplir con esste criterio, ya que un
na vez madduro, el com
mpost pued
de permaneecer
cualquieer tiempo siin generar más
m conflicctos que los asociados a la acumullación y a estar
e
ocupanndo
espacio ocioso .
C
Ciertamente
e este criterrio resulta ser
s bastantee conservaddor, ya que para calcullar el volum
men
con la Ecuación
E
2--2, estamos consideranddo el caudaal de los RO
OB al ingresso, v0. Sin em
mbargo, como
éste se reduce a medida
m
quee avanza la reacción de
d descompposición a llo largo del reactor, esto
e
implicarrá que el tieempo de esttadía de cadda elemento de volumenn dentro dell reactor serrá mayor.
Pág.:: 104
TC será fueertemente dependientee de todoss los parám
metros impportantes deel composttaje
(humeddad, temperaatura, aireacción, compoosición del sustrato y pH),
p
(ítem 11.2), y tamb
bién dependderá
de la geeometría y la forma dee operaciónn de cada co
ompostadorr, trituraciónn previa, etcc. A partir del
control de estas vaariables poddremos inflluir sobre el
e tiempo de
d compostaaje. En form
ma general,, la
bibliogrrafía mencioona sin certezas académ
micas, ni geeneralizacionnes aplicables, período
os del ordenn de
unas poocas semanaas para la formación
fo
d un compo
de
ost maduro, dependienndo naturalm
mente del tipo
de ROB
B. Cuatro semanas
s
serán suficienntes para laa mayoría de los resttos de alim
mentos fresccos,
mientraas que otros demandaráán más tiem
mpo (ítem 1.2
2). Kumar et
e al. (2009)
9), Andersen
n et al. (20111),
Amlinger et al. (20008), Colónn et al, (2010), Martín
nez Blanco et al, (20099), entre otrros, adoptann 3
d tiempo dee espera parra obtener el
e compost maduro
m
en sus
s estudioss.
meses de
F
Fijaremos
p
para
el diseeño un tiemp
mpo espaciall de 90 díass para θ ( > TC).
E valor dell flujo volum
El
métrico de alimentació
a
ón, v0 , fue estimado
e
a ppartir de loss resultadoss de
la caraccterización preliminar mencionadda en el ítem
m anterior. Así, 36 baaldes complletos de 1,44 L
durante 60 días, reppresentan 0,84 L/día, con
c densidad
d muy variaable.
S deberá aplicar
Se
a
un faactor de ocuupación dell espacio intterno, fv , ddejando al menos
m
un 255%
del voluumen libre para
p
permittir que la masa de sólid
dos en cada celda del rreactor pued
da mezclarsse y
airearsee bien cuando rota el cilindro. Poor otro lado
o, trabajar con
c suficiennte espacio
o libre perm
mite
soportarr la capaciddad de absorber picoss de generaación de RO
OB(51), perro tiene la desventaja de
aumentaar las pérdiddas de calorr. Adoptarem
mos un valo
lor recomen
ndado de fv = 0,65
L
Luego:
51
Así, enn las fiestas faamiliares se suuele multiplicaar varias veces el volumen promedio
p
diarrio de generacción.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 105
2.4 PRUEBAS PILOTO
Para la construcción de un dispositivo prototipo destinado a las pruebas piloto se utilizó un
típico tambor comercial de 120 L de capacidad ( Imagen 2-3)
Imagen 2‐3 Dispositivo prototipo construido para las Pruebas Piloto Para transformar el tambor en el biorreactor prototipo se realizaron las siguientes adaptaciones y
modificaciones(52):
Se construyó una estructura metálica soporte para apoyar el tambor horizontalmente sobre
sendas ruedas que permiten una rotación manual, respecto de su eje axial.
Esta estructura fue montada de manera que el eje axial pueda tener un pequeño ángulo de
inclinación respecto de la horizontal, pudiéndose modificar este ángulo en el marco de los
ensayos fluidodinámicos que se realizaron para establecer un rango óptimo de inclinación
que promueva el flujo, según requiere el sistema
52
Para hacer este prototipo, el 100% de los materiales son descartes urbanos reciclados recuperados en su mayoría del
Basural de la ciudad de Zárate (gentileza de Sr. Hugo Concaro), y la construcción fue de tipo artesanal.
Pág.: 106
La
L estructuura cuenta con
c una baandeja inferrior que coolecta los liixiviados y las aguas de
l
lavado,
los que drenaan a un reccipiente colector; este líquido es empleado para riego de
p
plantas.
A fin de diividir el voolumen del cilindro en 3 cámaras, se colocaaron 2 placaas divisoriaas o
t
tabiques
cirrculares intteriores, quue cuentan con un corrte radial qque permitee un grado de
a
apertura
suuficiente parra regular el
e flujo de los sólidos, junto conn la rotación
n y el ánguulo.
C
Como
partee del concepto de este diseño(53), estas placaas fueron peerforadas para facilitarr la
a
aireación
y la circulaación de laa biota entre cámarass(54), como se ve en las imágennes
siguientes:
Imaggen 2‐4 Placaas divisorias d
del Biodigesto
or Prototipo La
L fijación de estas placas
p
al cillindro fue realizada
r
enn forma dessmontable, de manera de
p
permitir
su corrimientoo en el marrco de las pruebas
p
reallizadas paraa establecer la proporción
o
optima
de distribución
d
del espacioo interior en
ntre las 3 celldas.
Para
P
el ingrreso de los ROB y el control dell proceso see ubicó unaa compuertaa en la prim
mer
c
cámara.
Enn la segundaa cámara se colocó otraa compuertaa de control, más pequ
ueña. La terrcer
c
cámara
cueenta con laa tapa del tambor,
t
la que puede ser separaada para la operación de
r
retirado
dell compost. Sobre
S
la tapa se coloco un ventanaa de paño fijjo para ver el
e interior
Se colocaroon bafles innternos de latón a fin de
d evitar el resbalamieento durantee la rotaciónn y
m
mejorar
la mezcla
m
y la aireación.
53
Formann parte de la patente
p
con deerechos reservados de este trrabajo.
54
De estaa manera, la biota
b
mesofila que requiere abundante susstrato, a medidda que éste see consume en las cámaras 2 y 3
durannte la maduraación, migra a la cámara 1 donde pu
uede disponerr de nuevo suustrato. Este comportamieento
constiituye en sí missmo un bioinddicador de maadurez del com
mpost obtenidoo.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 107
Las pruebas de campo realizadas con este dispositivo piloto incluyeron :
La verificación de la suficiencia de tiempo y capacidad del dispositivo para el adecuado
tratamiento, por cumplimiento de que ; , mediante seguimiento visual
de la degradación de los distintos componentes de los ROB, en cada una de las cámaras.
Ensayos de estabilidad del compost, realizando un test de Dewar de una semana de
duración, sobre una muestra extraída de la tercer cámara el día en que se cierra la placa
divisoria.
Monitoreo manual esporádico de temperatura y pH, con el objeto de llevar a cabo el
seguimiento y verificación de la degradación. (Posteriormente, con el biodigestor real se
realizan estrategias completas de monitoreo que incluyen estas variables).
La frecuencia necesaria de retiro de compost cuando la ocupación de la tercera cámara
supera el 60 % y antes de que llegue al 75%, cerrando la placa divisoria una semana antes de
realizar el retiro.
Verificación a lo largo de las diferentes pruebas de la presencia/ausencia de olores y de
vectores, como indicadores primarios de la adecuada aireación y compostaje.
Búsqueda de la relación optima para la distribución espacial entre cámaras, probando
distintas posiciones de las placas divisorias. Se inició la evaluación usando una
equidistribución 1:1:1 . Las pruebas se continuaron reduciendo el espacio de las ultimas
cámaras, según se produce la descomponsición, hasta encontrar un equilibrio con el flujo de
sólidos. El criterio considerado fue que, en todas las cámaras, el factor de ocupación se
encuentre entre el 60% y el 75%, que la relación de ocupación de las cámaras sea pareja
entre sí, y que no exista mayor tendencia a la acumulación en una que en otra .
Análisis del comportamiento fluidodinámico de los sólidos en el biorreactor operando sobre
las 5 variables de control del flujo:
Mediante ensayos considerando variaciones de la frecuencia, la velocidad y la
duración de la rotación.
Mediante ensayos variando el % de apertura de las placas, y
mediante ensayos modificando el ángulo entre la horizontal y el eje axial
(inclinación del conjunto).
Pág.: 108
L puesta en marchaa de este prototipo y las
La
pruebass piloto se iniciaron
i
ell 15 de Maayo de 2006
6. Los
diversoss ensayos inndicados see extendieroon hasta Ju
ulio de
2009, reecibiendo desde
d
el prim
mer momennto el 100%
% de la
generacción de RO
OB del hogar,
h
y otros
o
adicio
onales
empleaddos en los ensayos.
e
P la puessta en marcha simplem
Para
mente se coloca el
primer balde de ROB
R
y varrios baldes de inóculo (no
d 10). En nuestro
n
caso el inóculoo utilizado fue
menos de
Im
magen 2‐5 Vu
uelco de ROB en prototipo
el propio compostt desarrollaado en el pozo
p
donde se
minar señallada en el ítem 2.2, pero
p
para ootros casos podrá usaarse
hizo la caracterizaacion prelim
directam
mente tierraa negra, o humus
h
de hojarascas, o las muestrras de sueloo activo qu
ue se cuentee al
alcance, y se comieenza la operración.
S
Seguidamen
nte presentaamos los Reesultados y Conclusion
nes de las ppruebas pilo
otos realizaddas
con el biorreactor
b
p
prototipo:
La
L capacidaad de este dispositivo
d
(
(120
L) fue suficiente para
p obtenerr un composst maduro. Así
A
e
entonces,
e tiempo esspacial
el
reesultó ser superior
s
al tiempo neccesario paraa el desarroollo
c
completo
d procesoo de compoostaje, Tc, para todoss los compponentes pu
del
utrescibles. Se
o
observaron
algunas poocas situaciones de pico de cargga en ocasiiones de allta generación
f
familiar
de ROB (55), en
e las que laa cámara receptora Nº11 superó el 990 % de su capacidad. En
c
consecuenc
cia, se conssideró la reecomendaciión de aum
mentar en uun 15% la capacidad del
b
biorreactor
a fin de meejorar las coondiciones de
d mezcladoo durante esstas situacio
ones extremaas.
55
por ejemplo, fiestas familiares
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 109
Imagen
n 2‐6 Retiro d
de compost de
el prototipo
La
L necesiddad de interrvención para el retirro manual de composst en las condiciones de
fue de, com
o
operación
d
descriptas,
mo máximo
o, una vez por mes, trranscurriend
do un perioodo
m
máximo
de 75 días sin retirar com
mpost, llegán
ndose a un fv
f del 85 %..
Se encontróó que una reelación óptim
ma de volúm
men entre cámaras
c
es:
VC1 : VC2 : VC3
3,5 : 3 : 2,5
E proporrción será applicada en el
Esta
e biorreacto
or a escala real.
r
Se determinnó que unaa sola rotacción diaria de 3 a 4 vueltas,
v
norrmalmente después dee la
d
descarga
dee ROB, ressulta suficieente para que no existtan olores nni vectores (insectos). El
a
aumento
dee la rotacióón, si bienn no sera im
mprescindibble, mejoraará la homo
ogeneidad del
c
compost
ressultante, acelerará la reeacción en general y el
e flujo sóliddos hacia laa 3er cámaraa, y
a
aumentará
d calor. Enn consecuen
ncia, será necesario
n
arrmonizar la frecuencia de
la pérdida de
r
rotación
con el grado de aperturaa de las placcas divisoriias. A mayoor frecuenciia de rotaciión,
m
menor
debeerá ser la appertura.
Al
A aumentaar la rotacióón la pérdidda de calor fue significcativa, pero la degradación biológgica
sumada a laa acción meecánica resuultó ser sufiiciente paraa completar correctameente el proceeso
d degradacción en el tiempo
de
t
prevvisto.
El
E flujo de sólidos enttre cámaras fue muy saatisfactorio, y las siguuientes variaables de ajuuste
m
mostraron
e
eficacia
paraa su controol:
El manejo
m
del grado de apertura
a
de la ranura de paso dee las placass divisorias,, la
veloocidad, la frrecuencia y la duración
n de la rotacción demosttraron ser su
uficientes para
p
mannejar el flujoo de sólidoss según neceesidad.
Pág.:: 110
La
L aislaciónn de la 3er cámara
c
por cierre de la ranura de paso
p
de la pplaca resultó
ó efectiva para
p
e
evitar
el paaso de ROB y dar tieempo para completar la maduracción. Esta operación fue
r
realizada
unna semana antes del retiro
r
de compost, ocasión en la qque se tom
maron muesttras
p realizaar el ensayo de Dewar como
para
c
verificación del grado
g
de maadurez, quee mostró quee el
c
compost
dee ya estabaa maduro. En
E consecu
uencia, duraante la operración cotid
diana no seería
e
estrictamen
nte necesarioo realizar esste cierre an
ntes de retiraar compost..
El
E ángulo del
d conjuntoo que resultóó optimo paara las neceesidades de flujo del prrototipo fuee de
8º.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 111
2.5 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BIODIGESTOR
Sobre
la
base
de
las
consideraciones
anteriores, es posible definir el diseño del biorreactor.
Seguidamente desagregamos los diferentes aspectos
del dispositivo para dar las respectivas descripciones
de su diseño y construcción.
Imagen 2‐7 Vista isométrica del diseño final del biorreactor
DIMENSIONES
Hemos definido que el biorreactor será cilíndrico, rotatorio y con flujo semicontinuo, con 3
cámaras cuya relación proporcional de volúmenes será de 3,5 : 3 : 2,5 respectivamente. Para la
definición de la capacidad del dispositivo consideraremos los cálculos del predimensionamiento y
los resultados de las pruebas piloto, de las que surge la conveniencia de aumentar un 15% la
capacidad respecto del piloto, para evitar superar el 75% de ocupación de la primer cámara en
ocasiones de pico de carga. La capacidad resultante para nuestro diseño es de 140 L.
Para definir la geometría de nuestro dispositivo debemos encontrar la relación óptima entre
el diámetro y la longitud del cilindro. Un cilindro largo, de diámetro pequeño, se acercará más hacia
un flujo pistón ideal, pero perjudicaría la relación F/M sobre la carga fresca (Ecuación 2-1),
implicando una menor velocidad de reacción. Un cilindro corto, de diámetro mayor, aumenta el
volumen de la biota receptora presente en la primer cámara, y con esto la velocidad de reacción,
pero encuentra una limitación en las necesidades practicas de espacio para promover en cada celda
la respectiva fase del proceso prevista. Contamos con otros elementos para ayudarnos a definir el
diseño:
Los resultados de la experiencia de 3 años de operación continua del prototipo mostraron
que el diámetro del cilindro usado para el biorreactor piloto ofreció una F/M suficiente y
permitió una mezcla y aireación adecuada.
Pág.: 112
La conddición de borde Nº 7 (2.1) noss indica minimizar
m
ell espacio físico
f
para su
instalación y operaación en ell hogar. Essto implica que la supperficie requ
uerida en una
u
c
las nnormas usaadas para el
viviendaa debería ser estuddiada de acuerdo con
aprovecchamiento del
d espacio en la arqu
uitectura. Existe multipplicidad criiterios paraa el
diseño en
e arquitecctura, pero a lo largo de los años han perduurado los conceptos
c
m
más
funcionales, que attienden aspeectos ergonó
ómicos, práácticos, y efficientes eneergéticamennte,
(Neufert et. al, 20001; Suárez, 2008).
2
Un criterio
c
que prevalece ees el área fu
uncional quee se
disponee al estirar la mano, y así
a encontraaremos que la mayoríaa de los elecctrodomésticcos
y las meesadas de cocina midenn cerca de los
l 60 cm. Así
A según eeste criterio,, si adoptam
mos
un anchho máximo para la esstructura co
ompleta de 60 cm, el diámetro del
d cilindro no
deberá ser
s mayor de
d 45 cm, para
p
dar esp
pacio a la estructura dee la carcasaa que tendráá el
modelo comercial.
Otro criterio es deefinir una relación
r
S/V
V atendienndo a los valores enco
ontrados enn la
bibliogrrafía según vimos
v
en Tabla
Ta
1-1. Paara un volum
men de 1400 L como en
n nuestro caaso,
correspoonde un vallor del ordenn de 10 m2.m
m-3.
Consideerando todoo esto, la geeometría ópttima enconttrada resultaa ser:
Figura 2‐3 Diimensiones de
el Biorreactorr con :
1/m
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 113
Resultanndo:
V
Vemos
que operando al
a 65% de ocupación deel volumen de la primeera cámara, habrá unos 35
L de meezcla activaada de sustraato y biota, para recibiir volúmenees de 1,4 L dde ROB en cada pulsoo de
alimentaación. Estoo representaa una relaciión 25:1, lo
o que garanntiza una óóptima relacción F/M y el
rápido inicio
i
de lass reaccioness de descom
mposición aeeróbica.
TRUCCIÓN
N DEL DISP
POSITIVO::
CONST
P
Para
la construcción deel dispositivvo propiam
mente dicho se utilizó accero inoxid
dable AISI 304
3
calibre 18 (espesorr 1,22 mm). El montaje consistió en cortar, perforar
p
y ssoldar todass las piezas de
inoxidabble del disppositivo, inccluyendo la carcasa dell cilindro, laas tapas y pplacas diviso
orias de cellda,
las com
mpuertas y la pala de extracciónn, los bafless deflectorees trituradoores, el filtrro y drene de
lixiviaddos, las entrradas para la colocaciión de senssores y otrros accesoriios que seg
guidamente se
describee y muestra en imágenees:
Imaagen 2‐8 Con
nstrucción de
el dispositivo
A igual quue en el prottotipo, a lass placas div
Al
visorias se les realizó uun corte rad
dial para poder
provocaar una deflexión regulaada que conttrole la canttidad de ressiduo que
pasa de una celda a la siguiennte. Fueron perforadass, como se ve
v en las
imágenees, con el objetivo
o
exxplicado en el disposittivo piloto, esto es,
facilitarr la difusiónn de aire y laa circulacióón de la biotta entre cám
maras. En
esta verrsión del digestor a esccala real reaalizada en acero
a
se aggrega una
nueva funcionalida
fu
ad, que tras la experienncia del uso
o resultó serr de gran
relevanccia, a saber::
Imagen 2‐9
9 Placas diviso
orias
Tannto el bordee como los orificios
o
reaalizados en esta
e placa ddivisoria de acero cuenntan
2
los quee a medida que va rotaando el cilinndro con la m
masa de sóllidos húmeddos
con filoo (Imagen 2-8),
Pág.:: 114
apoyadoos sobre éstas, en viirtud de la inclinación
n del dispositivo, prooduce conttinuamente un
importaante efecto de corte y triturado mecánico
m
so
obre la mezzcla, lo quee desmenuza el residuoo y
reduce el
e tamaño de
d partícula.. Esto resultta ser un ap
provechamieento sinérgiico de la en
nergía aplicaada
para la rotación,
r
sinn necesidadd entonces de
d más energ
gía para tritturación quee la aplicadaa para mezcclar
y airear. Se mejoraa así el cumpplimiento dee la condiciión de bordee Nº9 (2.1).
L bafles deflectores que se muestran
Los
m
en
e la Imaggen 2-10, ccolocados para
p
evitar el
deslizam
miento duraante la rotación, se sum
man al trab
bajo de trituuración, yaa que cuentaan con borddes
afiladoss que provoccan efectos de corte coon cada volteo durante la
l rotación.
Imaggen 2‐10 Vistta de bafle y sensor de tem
mperatura
P
Para
colocaar sensores,, como en el
e caso del termómetrro, todas lass cámaras cuentan
c
conn 2
orificioss de entradaa donde se soldaron
s
2 entrerroscas
e
s de ½” parra adaptar ooportunamen
nte accesoriios,
según muestra
m
la Im
magen 2-100.
P la desccarga de loss ROB se coonstruyó unaa compuertaa en la prim
Para
mer cámara. En la segunnda
celda see colocó unaa compuertaa menor parra el controll del proceso (Imagen 2-9) .
P
Para
facilitar el retiiro de
composst y los coontroles soobre el
procesoo, en la 3er celda
c
se connstruyó
una com
mpuerta. Laa misma prresenta
un
disseño
incorporada
original
una
pala
que
tiene
paara
la
extracciión del com
mpost en cuualquier
Imaggen 2‐11 Com
mpuerta con p
pala de la 3er ccámara
momentto (56), segúún se muestrra en la
56
Si la familia
f
atiendde su jardín o su huerta, see va empleand
do rutinariam
mente este com
mpost como enmienda.
e
Así se
consuume fácilmennte todo el compost
c
que se va formando con los ROB proppios, finalizan
ndo la etapa de
descoomposición enn el ciclo del carbono,
c
para pasar a la fase de producciión. De esta foorma la familiia redujo el 500 %
de la huella
h
de carbbono que geneerarían sus ressiduos, revalo
orizando sinérrgicamente suss ROB.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 115
Imagen 2-11. Así, mientras haaya composst en la cám
mara, la palaa siempre esstará servidaa.
S diseñó un filtro esspecial ubiccado en el punto
Se
p
más bajo
b
de la 3eer cámara para permitirr la
libre deescarga de loos excesos de
lixiviaddos,
no
reteniddos
capilarm
mente por laa mezcla.
D
Del
mismoo modo, se
colocaroon burletees de gom
ma
para el
e apoyo, evitando el
Imagen 2‐12 Filtro de lixxiviados
deslizam
miento de las rueddas
motorass (Imagen 2-12).
2
S aplicó una
Se
u coberturra aislante de
d 3cm de espesor
e
sobbre el cilinddro, con esp
puma rígidaa de
poliurettano(57) connformado soobre la proppia estructu
ura, a la quue se le dio un acabado alisado y se
aplicaroon varias caapas de cobbertura negrra con un recubrimien
r
nto epoxi aiislante e im
mpermeable de
muy fáccil lavado (IImagen 2-113).
Imagen 2‐13 Biorreacttor con aislación térmica
E
Este
biorreeactor no consume
c
ennergía elécttrica para calefaccionnarse, como
o lo hacen la
mayoríaa de los nueevos modeloos del mercaado.
57
Se utilizaron como monómeros
m
d
difeniletil- diisocianato po
olimerizados con
c una mezccla de polioless y poliéster, con
una reelación del 50% P/P de cadaa uno.
Pág.:: 116
ESTRU
UCTURA:
P
Para
soporrtar el disspositivo, motorizar
m
la
l rotaciónn y
colectarr líquidos, se
s diseñó y construyó una
u estructu
ura de hierrro y
aluminio, que peermite reguular el ánggulo de in
nclinación del
disposittivo respectto del sueloo, que comoo se indicó es una de las
variablees que regulla el flujo de
d sólidos. Sobre
S
esta estructura
e
esstán
montadoos el motor y los ejes para
p la rotacción del disp
positivo.
P
Para
absorbber las vibraaciones genneradas por la rotación y el
y se
volteo, de maneraa que afeccten la balaanza y la estructura,
e
reduzcaan
ruidos, se montó todo el conjunto sobre 4 tacos
t
amortigguadores de goma con doble
d
tornilllo, que lo vinculan
v
conn las
2 celdass de la balannza, donde se apoya toodo el sistem
ma (disposiitivo,
estructuura, y sistem
ma de rotacióón) (Imagenn 2-14)
Im
magen 2‐14 Estructura
L base dee la estructtura cuentaa con una bandeja
La
b
coolectora parra
lixiviad
dos y líquiddos
generaddos durante el lavado del
d dispositivo. Todo ell sistema see encuentra eléctricameente conectaado
a tierra.
MECAN
NISMO de ROTACIÓN
N:
S diseñó y montó soobre la estruuctura un motor
Se
m
(58) con
c
caja redductora (raatio 1/70), que permitte rotar el dispositivoo a
partir del
d giro de uno de suus ejes de apoyo,
a
com
mo muestra la
Imagen 2-15, conntrolado porr un variaddor de freccuencia (59) y
potencióómetro quee permite reegular la veelocidad de rotación finnal
6
del disppositivo dessde ¼ de vuuelta por minuto
m
hastaa 10 rpm (60
). Imagen 2‐15 Mecaniismo de rotacción Todo ell sistema fuunciona en forma autoomatizada con
c un tim
mer.
Assí, el sisteema se pueede
58
Se uso un motor trifáásico asincrónnico STM IEC
C 34-1, de 90 watts de potenncia.
Variadoor de Frecuenncia de Siemm
mens tipo Sinam
mics G11 CPM
M110AIN parra alimentacióón alterna mon
nofasica de 2220V
y salidda trifásica paara el motor
60
Todo este
e montaje fuue realizado por
p Christian Girardi,
G
sin caargo por gentiileza de Solucciones Lógicass SRL:
www.logiksolucionnes.com.ar
59
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 117
programar con una sensibilidad mínima de un minuto por semana hasta un máximo de alimentación
continua. (En el próximo capítulo se mencionan los programas usados a tal fin).
BALANZA y REGISTRO AUTOMÁTICO del PESO
Como se mencionó, todo el sistema fue montado sobre 2
celdas de carga de una balanza (61), calibrada por el fabricante,
con sus salidas configuradas para el display y el puerto RS232 a la
PC.
Para realizar el registro continuo y automático del peso en
la computadora, se emplearon fichas RS232 DB9 (Full Duplex),
con conectores adecuados para ser identificados por un puerto
Imagen 2‐16 Display de Balanza, y COM de una computadora que se preparó y asignó para que trabaje Control del Mecanismo de Rotación
en forma continua con la balanza. Ésta
no
contaba
con
un
software
de
administración, por lo que fue necesario
el desarrollo de un programa especial
(sobre plataforma Microsoft Access)
para administrar los datos recibidos a
través del hiperterminal de Windows,
controlando
los
parámetros
de
comunicación(62). Este sistema, además,
ofrece la posibilidad de definir y variar la
frecuencia de registro del peso del
sistema, y de ingresar comentarios y
datos del monitoreo (pH, T, etc.).
Imagen 2‐17 Vista de la Impresión de pantalla de la Computadora, donde se observa la ventana del soft de registro La PC quedó configurada para registrar el valor del peso de la balanza cada 15 min. La
Imagen 2-17 muestra una impresión de pantalla de la computadora, donde pueden verse estos
parámetros y comentarios registrados por el sistema.
61
62
Tipo Balcoppan Challenger SC103, de capacidad máxima de 600 kg, con una división mínima de 50 g.
Puerto, Bits de datos, Bits de Parada, Baudios y Paridad
Pág.: 118
E la Imaggen 2-18 se
En
s observa una vista del
biorreacctor montaado sobre la celda de
d la balan
nza
ubicadoo en el exterrior, bajo teecho. Del laado interior,, se
observaa la compuutadora utiilizada para el registtro,
conectaada a travéss del cable de datos pasante
p
porr la
pared.
S bien el biiodigestor no
Si
n genera ollores, al serr un
gran consumidor
c
de oxígeeno, segúnn normas de
bioseguuridad, no debe
d
instalaarse dentro del hogar en
ambienttes sin suficciente ventillación, a finn de no redu
ucir
Image
en 2‐18 Vistaa del Biorreacctor fuera de la vivienda, y de la Computtadora la dispoonibilidad dee este elemeento para loos habitantess del hogar..
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 119
CAPITULO 3 :
OPERACIÓN
DEL BIORREACTOR
FG
En este capítulo se discuten los resultados obtenidos de las experiencias de la operación del biorreactor a escala real desde el primer día de su operación, presentando el recorrido hasta identificar las rangos optimos de operación de cada parametro que influye en el proceso. Se discuten los balances obtenidos a partir del seguimiento automático continuo del peso y la operación de equipo en diferentes condiciones de ensayo. ED
Pág.: 120
3. OPERA
ACIÓN
N DEL BIORR
REACT
TOR
E 1 de Aggosto de 2009 se dioo comienzo a la operaación de biorreactor, incluyendoo el
El
monitorreo y el regiistro autom
mático del peeso de la baalanza. El innóculo utilizzado para el
e arranque fue
el conteenido de la primer cám
mara del bioodigestor prrototipo a esscala pilotoo descripto en
e el ítem 2.4,
2
que saliió de serviciio desde enttonces.
D
Durante
loss primeros meses de operación se ajustaronn los valorres óptimoss de las cinnco
variablees de controol de flujo descriptas en el ítem 2.4 para este nuevo ddispositivo. El ángulo de
inclinacción del coonjunto resppecto de laa horizontall se fijó enn 7º y la vvelocidad de
d rotación se
establecció en 3 rpm
m. (63). El porcentaje
p
d apertura de las placcas, y la freecuencia y duración
de
d
dee la
rotaciónn fueron las elegidas paara controlaar el flujo en
n función dee los requerimientos dee los diferenntes
ensayoss que se reaalizaron. Loos valores óptimos
ó
de estos parám
metros paraa la operación normal del
bioreacttor resultann ser apertuura de la pllaca 1-2, dee 3 a 5 cm
m, apertura de la placaa 2-3, 1cm.., y
frecuenccia de rotacción recomeendada, 3 veces por díaa con una duración
d
de un minuto,, 3 vueltas por
p
vez. Cuuando los ROB
R
descargados poseeen abundan
ntes restos de
d carnes y grasas, la frecuencia de
rotaciónn se duplicaa, reduciendo a la mitadd la aperturaa de las placcas.
3.1 BAL
LANCES DE
D MASA
D
Desde
el innicio de opperaciones todo
t
el RO
OB generaddo por la faamilia es trratado en este
e
disposittivo. Hasta marzo de 2014
2
se llevvan tratadoss más de 7000 kg de RO
OB y se rettiraron más de
400 kg de Composst. El promeedio diario de ROB vo
olcado fue de
d 0,48 kg/ddía. La desccripción de las
caracterrísticas de esta
e carga figgura en el íttem 2.2.
63
Este vaalor surge de minimizar
m
el balanceo
b
que provoca en ell dispositivo cada
c
golpe y ccambio de barricentro, asociiado
con ell volteo de la torta
t
durante la
l rotación.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 121
Desde el comienzo de las operaciones y hasta la fecha de escritura de esta tesis se superaron
los 100.000 registros de peso del sistema. En el Gráfico 3-1 se presenta el total de ROB volcados
durante cada mes, y el total de compost retirado durante ese mismo lapso (64).
Operativamente, el retiro de compost no requiere hacerse con determinada periodicidad, en
la medida en que la 3er cámara tenga espacio disponible para contenerlo. El compost puede
acopiarse allí, y ser consumido posteriormente. Para realizar los ensayos, hubo varios meses en los
que no se hicieron retiros, y otros en los que sólo se extrajeron muestras para su análisis.
Gráfico 3‐1 Balances de masa mensuales (kg)
La generación mensual promedio de compost fue de 7 a 9 kg/mes, según puede verse en los
balances de masa mensuales presentados en el Gráfico 3-1. Para valorar cuantitativamente la
eficiencia de nuestro proceso a partir de esta información promedio, encontramos que los factores
de reducción del peso promedio van del 37% (2012) al 48% (2009) (base húmeda), calculados
64
En el Gráfico 3-1 Balances de masa mensuales (kg) existen espacios en blanco de meses completos en los que no ha
habido registro debido a pérdidas de datos por diversos problemas surgidos en la comunicación entre la
computadora y la balanza. Durante estos 3 años se perdieron alrededor del 17% de los registros.
Pág.: 122
como laa relación entre
e
los RO
OB que inggresaron al dispositivoo y el comppost maduro
o retirado (65).
Estos vaalores estánn en concorddancia con valores
v
encontrados enn la bibliogrrafía. Así, en
e la Tabla 1-2
1
y el Grááfico 1-5 see observan tasas de redducción de peso que oscilan
o
entree 34 al 47%
%. Andersenn et
al.(20111) analizan y comparran diferenttes métodoss de compostaje menncionando porcentajes
p
de
reduccióón de peso (base húm
meda) que osscilan en ell rango de 50 a 70%. Consideran
n que, una vez
v
reconoccida la dináámica propiia de cada operación, este parám
metro consttituye un in
ndicador dee la
estabilizzación del compost.
c
Estos valoress son muy dependiente
d
es del tipo dde dispositiivo, del clim
ma,
de la caarga de ROB
B utilizados, del tipo dee inóculo em
mpleado y de
d la mezclaa biótica qu
ue se desarroolle
en cadaa digestor en
e sus particculares conndiciones dee operación. Un vez deemostrada la madurez del
composst resultantee a partir de ensayos addicionales, la
l menor reducción dell peso implica una mayyor
retencióón de carboono, nitrógeno y otroos nutrientees, resultanddo en mejoores propieedades paraa la
enmiendda de sueloos (Colón ett al., 2010; Papadopo
oulus et al., 2009). De acuerdo co
on Andersenn et
al. (20111), sobre la
l base dell análisis de
d ciclo de vida de loos residuos tratados po
or composttaje
doméstiico, la obtención de unn compost estable, qu
ue cumpla con
c los valoores recomeendados y que
q
impliquue la menor pérdida de materia orggánica posib
ble, reduce la huella dee carbono de
d los residuuos,
disminuuyendo su im
mpacto sobre el cambiio climático
o, mantenieendo una maayor cantidaad de C fijoo al
sustratoo, en lugar de
d liberarlo a la atmósfeera como CO2.
P
Para
estimaar gráficameente la tasaa de pérdidaa de peso diaria
d
en nuuestro sistem
ma debido a la
gasificaación del suustrato por descomposic
d
ción (Ecua
ación 1-1), es
e posible eevaluar la pendiente
p
dee la
línea dee tendenciaa de reducción de pesoo durante un
u período en el cual no se realiicen cargass ni
descargas. En el Gráfico
G
3-2 se
s presentann dos curvas con la evoolución del peso duran
nte períodoss de
una sem
mana, en los que no se realizó
r
ningguna carga ni
n descarga.
65
En virrtud de que el
e retiro de coompost no guuardó periodicidad y que hubo meses que incluso no
n hubo ningguna
descarga, se considderan para estoos cálculos loss promedios mensuales
m
al cabo de cada aaño.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 123
Gráfico 3‐2 Evolución del peso (kg) durante períodos de una semana sin carga, y análisis de las líneas de tendencia
Del análisis de la tendencia lineal de estos gráficos podemos estimar una tasa de pérdida de
peso del orden de los 150 g/día. En términos relativos, esto significa que la reacción de
descomposición (Ecuación 1-1) avanza provocando una reducción diaria del peso del orden del
0,3% (66), considerando los meses de verano. Durante el invierno este valor disminuye un poco
junto con la velocidad de reacción por efecto de la temperatura.
Otro
aspecto
importante para el control
del proceso es el manejo de
la acumulación de ROB
dentro del dispositivo, para
mantenerla dentro de los
márgenes
óptimos
del
diseño,
respetando
los
rangos
de
de
ocupación
factor
recomendados.
Para nuestro sistema resultó
que el rango óptimo de
trabajo fue operar entre 70
y 90 kg de peso bruto
Gráfico 3‐3 Evolución del peso (kg) durante seis meses, y análisis de la línea de tendencia durante los intervalos sin retiro de compost (incluyendo la tara del Bioreactor, de 23,5 kg). Para evaluar la tendencia de aumento resultante
entre el aporte de la carga dada por la alimentación y la pérdida de peso debido a la
66
P/P base húmeda respecto de la masa de sustrato mas biota (peso bruto menos la tara).
Pág.: 124
descom
mposición, es necesario considerarr un período
o largo de tiempo
t
con carga norm
mal con retiiros
esporáddicos de com
mpost que ofrezcan esppacios de tieempo interm
medio suficieente para esste análisis. En
el Gráfi
fico 3-3, se muestra la evolución del
d peso du
urante 6 meeses de operración en 2012,
2
dondee se
registrann tres lapsoos de 26, 61 y 27 díass en los qu
ue no se hizzo retiro dee compost. Analizandoo la
tendenccia lineal para
p
estos períodos
p
reesultó que, durante ell verano, lla tasa netaa de aumento
promeddio del peso resultante fue del ordden de 300 g/día,
g
y, en invierno, eestuvo en ell orden de 350
3
g/día. Si
S se suma el valor dee la tasa dee pérdida de
d peso estiimada anterriormente (150 g/día), se
alcanzann valores coincidentess con los prromedios diiarios de caarga de ROB
B (Gráfico 3-1, en 2012,
0,48 kg//día).
S ha definido el tiemppo espacial , como laa relación enntre el volum
Se
men del reaactor y el fluujo
voluméttrico de la carga
c
de RO
OB (Ecuacióón 2-2), lo que represeenta el tiemppo equivaleente para traatar
un voluumen de alimentación
a
n igual al volumen del reactorr. Para el predimensiionamiento se
consideró un valorr de referenccia de 90 días,
d
basado en la biblioografía, quee junto con los resultaddos
del relevvamiento del peso y ell volumen de
d la carga de
d ROB estimada en ennsayos, perm
mitieron haacer
una prim
mera aproxximación al cálculo deel volumen del reactorr. Se aplicaaron factorees de volum
men
para la mezcla
m
y see incorporarron conclusiiones obtenidas de las pruebas
p
pilooto ( ítem 2.4), con lo que
q
se diseññó un reactoor con un voolumen de 140
1 L (ítem 2.5). Al iniiciar las opeeraciones deel biorreaccctor
con regiistro automático de la carga
c
y su peso,
p
se inicció un seguiimiento de eeste importaante indicaddor.
Ya con los resultaddos del registro continuuo del peso se puede mejorar
m
el cáálculo del tiiempo espaccial
realizanndo el cociente entre la masa tootal en el bioreactor
b
(
(Kg)
y el flujo másiico ingresaante
(Kg/díaa). Así, connsiderando una
u base mensual
m
paraa ponderar este
e indicaddor, el cálcu
ulo del tiem
mpo
espaciall promedio resultó serr de 137 díaas, con un máximo
m
de 230 días ((diciembre de
d 2009) y un
mínimoo de 94 días (noviembree de 2011).
E
Estos
valorees de
son muy superriores a los valores
v
encontrados enn la bibliogrrafía y ofreccen
otra garrantía de esttabilidad y madurez deel compost resultante de
d este disppositivo, ratiificado por los
análisis realizados. De las obbservacionees visuales realizadas sobre
s
los sólidos desccargados dee la
primer cámara,
c
es evidente quue la gran mayoría
m
de los
l ROB dej
ejan de ser ddistinguibles en menoss de
una sem
mana. En laa segunda cáámara sólo pueden disstinguirse loos ROB meenos degrad
dables, los que
q
funcionnan como estructurantess ( ítems 1.22.2).
C relacióón al seguim
Con
miento del pH
p durante los ensayoos, incluyenndo pruebas piloto, se ha
encontraado una notable
n
esttabilidad deel valor dentro
d
de un rango muy favorrable para la
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 125
descomposición aeróbica (ítem 1.2.2.5). El valor promedio de pH, sostenido en el tiempo, fue de
7,5. El máximo valor de pH registrado fue de 9,0 y el mínimo, de 7,0.
El registro del peso puso claramente de manifiesto la existencia de una oscilación cíclica
natural en la evolución del peso, que se reproduce con un ciclo de frecuencia diaria, que puede
verse en los gráficos anteriores y los que siguen. Se ha encontrado que este ciclo está gobernado por
la incidencia del estado del tiempo en la dinámica de intercambio de agua (humedad) con el
ambiente circundante. Estas oscilaciones se deben a los desplazamientos del equilibrio líquido-
Gráficos 3‐4 Evoluciones del peso (kg) durante períodos de una semana, en ocasiones de lluvia
vapor del sistema, que cambia durante las horas del día, y que provoca ganancias y pérdidas
alternativas de peso, llegando a valores superiores al 2% del peso de la torta. Para nuestro sistema
significan variaciones de peso superiores a 1kg. Prueba de esta relación es la desaparición
Pág.: 126
sistemáttica de estte ciclo durrante los días
d
de lluv
via y saturración de hhumedad en
n el ambieente
(Gráficoos 3-4).
R
Recurrentem
mente se enncuentra quue los míniimos ocurreen al amannecer, entree las 6 y 7 hs
durante el verano, y entre las 7 y las 8:30 h en invierrno, mientraas que los m
máximos succeden entre las
12 y laas 14:30 h, en verano,, y en invieerno, se deesplazan haacia las 13 a 15 h. El contenido de
humedaad ha sufrido muchas variaciones
v
a lo largo de
d los años y de los divversos ensay
yos realizaddos,
variandoo entre el 45 hasta el 70
7 %, y alcaanzando valo
ores de hastta el 80% (667). Consideerando solo los
ensayoss llevados a cabo en coondiciones de
d operació
ón normal, el
e valor prom
medio de laa humedad fue
de 56%. En el Anexxo 1 se incluuyen los grááficos semaanales registtrados.
C
Como
se haa descripto, el dispositiivo cuenta con
c una salida franca ppara descarg
gar libremeente
cualquieer excedentte de lixiviado liberaddo. Así, el contenido de
d humedad máxima de la torta de
sólidos queda definnida por la natural reteención capillar que ejerrcen los sóliidos y la biota de nuesstro
sistema. No se aggrega agua por ningúún concepto
o (68), sienndo todo ell contenido
o de humeddad
proveniente del apporte propioo de los RO
OB. Pese a esto, la genneración dee lixiviadoss normalmeente
quedó reducida
r
a algunas
a
poccas gotas poor día, obserrvándose seemanas sin emisión. En
n el marco del
ensayo de alta hum
medad se haa calculado una tasa dee generaciónn de lixiviados de 1,1 cm3/ kg. masa
bruta.díía (base húm
meda). Este resultado constituye
c
sólo
s
un valoor puntual een situación de máximaa, y
como diijimos, la coondición máás frecuentee es la ausen
ncia de estoos líquidos.
P
Para
la limppieza del dispositivo, simplementte se ha apllicado abunndante aguaa sobre todoo el
disposittivo con un regador y, cuando fuee necesario, se utilizó un
u cepillo. T
Toda las ag
guas de lavaado
fueron colectadas
c
p la bandeeja inferior y utilizadass para el rieego en el jarrdín familiarr.
por
L eficaciaa del dispoositivo en relación al
La
a adecuadoo tratamiennto de los ROB queeda
complettada con la descripciónn de las carracterísticas del compoost obtenidoo, las que so
on presentaddas
con los resultados de
d los ensayyos y análissis en el próx
ximo capítuulo.
67
Ensayoo fuera de prottocolo de cortta duración, peeriodo en los que
q se agregó al contenido del dispositiv
vo el enjuague del
recipiiente, y se aum
mentó la rotaciión. La operaación resultó muy
m eficiente y sin olores, ppero requería de mayor
atenciión para lavarr el dispositivoo
68
Exceptto en el ensayyo de alta hum
medad, para el lavado del bio
orreactor, las compuertas
c
see dejan cerrad
das y no ingressa
agua al
a sistema.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 127
3.2 BALANCES DE ENERGÍA
De acuerdo a lo expuesto en el ítem 1.1.1, el biorreactor es del tipo AC (de
autocalentamiento), por lo que no se agrega energía para mantener la temperatura. En relación a los
componentes térmicos de los balances, la principal fuente de energía es el propio sustrato que
alimenta los mecanismos catabólicos de la biota que liberan energía (ítem 1.2). Este calor está en el
orden de 18 MJ/ kg (69) (Haug, 1993). Este calor aumenta la temperatura de la torta en equilibrio
con la pérdida al ambiente.
Se considera además el consumo de energía eléctrica de la red urbana, que alimenta al motor
que activa el sistema mecánico y al automatismo. Consideraremos este aporte como insignificante.
En el ítem 1.5.1 se presentaron expresiones cinéticas de balances de energía. Analizando los
términos de la (Ec. 1-5) y los aportes y consumos de energía de nuestro sistema, encontramos que:
Aportes de energía debidos al calor contenido en la carga de ROB se pueden desestimar, ya
que ingresan a temperatura ambiente.
El calor extraído con el compost retirado puede ser desestimado, por la misma razón y en
virtud de lo esporádico del hecho.
El calor liberado por la combustión biológica del sustrato biodegradable es la fuente de
energía disponible para elevar la temperatura de la torta en la segunda cámara dentro del
biorreactor, en equilibrio con la pérdida de calor del sistema, que fue aislado para reducirlas.
Este equilibrio está naturalmente muy influenciado por la diferencia de temperatura con el
exterior. La temperatura en el interior dependerá de la efectividad de la aislación del
dispositivo ya que, para mantener cierta temperatura, se deberá lograr que las pérdidas de
calor sean suficientemente inferiores al calor generado, especialmente en épocas de frío
invernal.
Los intercambios de vapor y gases con el exterior son una importante fuente de pérdida de
calor sensible que debe ser compensada por la generación de calor interna a fin de sostener
una temperatura superior a la exterior, fundamentalmente en la segunda cámara, que es la
más aislada. En nuestro sistema sin aireación forzada, estas pérdidas son menores, pero
igualmente significativas.
69
1 MJ/Kg = 431.2 BTU/lb.
Pág.: 128
El
E último aporte
a
de ennergía es la que se necesita para sostener
s
el ffuncionamieento mecánnico
d sistemaa, según sea
del
s
el proggrama de operación. Este aporrte de eneergía eléctrrica
t
transformad
da en mecánnica, tambiéén influye en el balancee térmico dee nuestro sistema ya quue:
La rotación
r
y laa mezcla asociada aum
mentan las péérdidas de ccalor;
La rotación
r
inffluye en la aireación, y con ella, en
e el tipo dde metabolissmos aeróbbico
preddominante, con una genneración de calor caraccterística asoociada;
Al influir
i
sobre el flujo de
d sólidos, se ejerce innfluencia enn el tiempo
o espacial y el
tiem
mpo de perrmanencia en
e cada cáámara, esto es, en
ell tiempo de
d intercambbio
térm
mico.
H
Hemos
hechho referenciia en el ítem
m 1.2.2.4 a la
l importanccia relevantte de la temp
peratura com
mo
parámettro de contrrol del procceso, y de loos diferentees rangos y recomendaaciones paraa la operación.
S bien paraa Jeris y Regan (1973),, Kuter et all.(1985), Baach et al.(19987), entre otros, el ranngo
Si
óptimo de temperaatura para ell compostaje es de 40ºC
C a 65 °C, hemos com
mprobado, en
n coincidenncia
con De Smárs (2002), que la mayor tasaa de degrad
dación se enncuentra opperando en fase mesóffila,
mperaturas innferiores a 40 °C. Adiicionalmentte, la operacción a mayoores temperraturas no solo
con tem
reduce un poco laa velocidadd de degraadación durrante el cam
mbio de biiota, sino que
q generaa el
problem
ma del aumeento de las emisiones
e
d compuesttos orgánicoos volátiles livianos, reesponsabless de
de
un olor característico, incumplliendo con esa
e condició
ón.
C
Cabe
señallar que la ausencia de patógen
nos en nuestro comppostador see asocia a la
trazabiliidad de loss alimentos,, sumada a la higiene y buenas prácticas
p
dee cocina. Al
A separarse en
origen como residduo del alim
mento seguuro recién consumido,
c
, y no teniiendo contaacto con ottras
mófila estriicta
fuentes,, no existenn riesgos significativoos que obliguen a trabbajar en unna fase term
dirigidaa a sanitizar el compostt.
P otra parrte,considerrando la conndición de borde Nº 9 (2.1), nuesstro sistemaa fue diseñaado
Por
para noo consumir combustiblle ni electriccidad para calefacciona
c
arse (70), ni para la tritu
uración preevia
o mezccla de ROB
B, ni para una
u aireaciión forzadaa. Así, la energía
e
elécctrica consu
umida paraa la
rotaciónn aporta:
70
Como sí
s lo hace la mayoría
m
de loss nuevos modeelos encontrad
dos en el merccado
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 129
Flujo de sólidos,
Mezcla y homogenización,
Trituración,
Aireación, que indirectamente es responsable de mantener controlados vectores y olores.
Así, el consumo de energía eléctrica total dependerá del régimen de funcionamiento según el
programa en uso. Como se mencionó, se utilizó un motor trifásico asincrónico STM IEC 34-1, de
90 watts de potencia. Los programas de funcionamiento usados en los distintos ensayos tuvieron
una duración máxima de 8 minutos por día, repartidos en 8 veces de 1 minuto. A esto debemos
sumar las 2 vueltas que se realizan luego de cada carga de ROB., siendo la cantidad promedio de
vuelcos de 19 por mes, por lo cual agregamos conservadoramente un minuto más por día. Resulta
entonces que el consumo mensual de energía eléctrica para el funcionamiento del biorreactor de 0,4
Kwh (máximo).
Este bajo consumo de energía ofrece la posibilidad de desarrollar modelos comerciales
autónomos que se alimenten con un pequeño panel solar, lo que hará posible su instalación en
cualquier lugar sin necesidad de conectarse a la red eléctrica y poder trabajar con energías limpias,
reduciendo aún más la huella ecológica.
Pág.: 130
CAP
PITULO 4 :
RESULT
R
TADO
OS ANAL
A LÍTIC
COS Y
EX
XPER
RIM
MENT
TACIIÓN DE C
CAM
MPO
FG
G
En estte capítulo
o se preseenta el plaan monito
oreo seleccio
onado, y lo
os métodos de enssayo utilizzados. Segguidamen
nte se info
orman y d
discuten to
odos los rresultados anaalíticos y operativo
os de los d
diversos eensayos rrealizadoss. ED
D
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 131
DOS ANALÍTICOS Y EXPERIMENTACIÓN DE CAMPO
Para comprobar la calidad, madurez y estabilidad del compost resultante, evaluando la
eficacia y la eficiencia del funcionamiento de nuestro dispositivo, y para verificar el cumplimiento
de las condiciones de borde impuestas en el ítem 2.1 , se presentan en este capítulo los resultados de
una serie de análisis y ensayos realizados.
4.1 PLAN DE MONITOREO
Para ordenar los recursos y darle mayor representatividad a los resultados del monitoreo, se
realizaron diferentes ensayos de tipo operativo durante una etapa de 2 años de funcionamiento y se
ajustaron los rangos óptimos para las diferentes variables del proceso. Posteriormente, se ajustó la
operación dentro de los rangos óptimos señalados en el capítulo anterior, y se sostuvo un cierto
estado estacionario controlado con una biota bien adaptada. Pasado este tiempo, fueron consumidos
y retirados todos los aportes hechos con el inóculo durante el arranque, con lo que el compost que
se fue generando, correspondía en un 100% al sustrato aportado por los ROB del hogar.
Posteriormente, se desarrolló una campaña completa de monitoreo de 13 meses, desde Febrero de
2011 hasta Marzo de 2012, en la que se ejecutó un plan de ensayos y análisis de laboratorio de
diferentes indicadores (Anexo 2), seleccionados en el marco de lo desarrollado en el ítem 1.3, para
demostrar el correcto cumplimiento de cada una de las condiciones de borde impuestas al
dispositivo. Así, :
; Se controló semanalmente el contenido de humedad, temperatura, conductividad y pH en las
3 cámaras.
; Se realizaron 4 campañas de una semana de duración cada una (71), en las que el control
mencionado se incrementó a una frecuencia diaria.
; Se extrajeron y analizaron, en laboratorios externos, 2 series de muestras de compost, una de
invierno y otra de verano(72). Los análisis efectuados incluyeron Índice Respirométrico,
71
Realizadas en Febrero, Abril, Julio y Octubre respectivamente.
72
Las muestras fueron tomadas al finalizar la semana de seguimiento intensivo (diario), junto al test de Dewar.
Pág.: 132
C
COT,
conceentraciones de N, P, Caa, Mg, Na, K,
K Fe, Zn y Mn, índicee de crecimiiento radicuular
(
(ICR),
y disstribución de
d tamaño de
d partículass.
; Se realizarron ensayoos para evvaluar la madurez
m
deel compostt y sus prropiedades de
e
estimulació
ón o inhibicción fitotóxxica del creecimiento a partir de ensayos de
d crecimiennto
r
radicular
(IC
CR).
; Se realizarron ensayoss de madurrez con el Test
T
de auttocalentamiiento de Deewar a 7 díías,
a
antes
de cadda toma de muestra.
; Se hicieronn pruebas dee la aptitud del
d purin dee compost para
p el contrrol de plagas del jardín
; Se realizaroon 4 ensayoos para monnitoreo de insectos coon trampas según proceedimiento que
q
l
luego
se deescribe, de una
u semana de duració
ón cada uno, dos de elloos durante la
l campañaa de
m
monitoreo,
y los otros en el marcoo de otros ensayos operrativos de rreducción dee la frecuenncia
d rotación.
de
E relaciónn a los reesultados del
En
d seguim
miento analítico asociiados con la operación,
m
mencionado
os en el cappitulo anterior, respecto
o del peso, pH,
p T, y conntenido de humedad,
h
aquí
sólo se señaalarán los métodos
m
apliicados y loss valores proomedios en ensayos.
4.2 MATERIALEES Y MÉTOD
DOS
E
Existe
una variedad
v
dee técnicas annalíticas normalizadas de referenccia para el compost.
c
Enntre
las máss destacadaas, podemoss mencionaar los méto
odos estandarizados dee los EEUU
U, las norm
mas
TMECC
C (73)(“Thee Test Metthod for thhe Examin
nation of Composting
C
g and Com
mpost”), de la
USComp
mposting Coouncil (74) (USCC, 20009), que constituyenn un manuaal de referrencia paraa el
laboratoorio, desarroolladas por la Americaan Society for Testing Materials ((ASTM) y adoptadas por
p
US.EPA
A (US Enviironmental Protection Agency). Estas
E
norm
mas incluyenn más de un
u protocoloo o
método de ensayoo para cadaa parámetro, con instru
ucciones deetalladas paara la tomaa de muestrras,
preparacción y análiisis, consideerando todaas las fases del
d composstaje, materiias primas, evaluación
e
del
procesoo de compoostaje y caaracterizacióón final deel productoo. Son emppladas com
mo normas de
73
Disponnibles en http:///compostingccouncil.org/tm
mecc/
74
Fundacción que es suubsidiada por US.EPA
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 133
referencia, además, por UE y Japón. Estas normas están dirigidas a agricultores, productores
industriales de compost, paisajistas, comerciantes y consumidores finales.
En relación a las técnicas analíticas usadas en el control de la calidad del compost se
mencionan :
•
Association of Official Analytical Chemists (AOAC) Official Methods of Analysis, 2012,
19th edition;
•
Methods of Soil Analysis, Parts I, II and III, Soil Science Society of America, 1996;
•
The American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard Test Methods, 1988;
•
California Compost Quality Council, CCQC, 2001;
•
AFNOR, 2002, Amendements organiques - Composts contenant des matières d'intérêt
agronomique, issues du traitement des eaux, NF U 44-095, Association Française de
Normalisation;
•
APHA – WEF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 22th
Edition, 2012; y
•
Normativa chilena NCh 2880/2005 (75).
Dada la uniformidad del compost generado, el muestreo se pudo llevar a cabo por cuarteo
directo, según los métodos de cuarteo de las normas TMECC 02.01, ASTM 5231-92 y ASTM E
5057-90 /96. Para Argentina, la Norma equivalente es IRAM 29523/ 2010). Así, 20 días antes de
proceder al muestreo, se cierra la tercera cámara, mientras la operación del digestor continúa
realizándose con las 2 primeras cámaras, y se lleva a cabo el Test de autocalentamiento de Dewar a
7 días sobre 150g de muestra.
Para proceder al muestreo, se separaron varias paladas de compost que fueron distribuidas
sobre una cobertura plástica dispuesta en el suelo, dividiendose en cuatro partes el material
mediante 2 cortes diagonales proporcionales. Se seleccionaron dos cuartos al azar, que configuraron
las muestras enviadas al laboratorio.
La Humedad Absoluta fue analizada según Standard Methods 2540B, empleando estufa
Fischer y balanza electrónica Denver Instrument DLT-211 calibrada en el laboratorio.
75
Disponible en: http://www.sinia.cl/1292/articles-32296_Norma.pdf
Pág.: 134
E pH se midió
El
m
segúún TMECC 4.11-A, con una dillución 1:5 P/P (base húmeda), con
c
pHmetrro digital poortátil Lutroon pH-222, y con tiras de pH Spezzialindikatorr Merck (pH
H - rango 6..5 a
10,0).
L Temperratura se midió
La
m
mediaante un term
mómetro diial Intralex 0-150ºC incorporadoo al
biodigestor, y term
mómetro poortátil digitaal Testo, de
d -50ºC a 150ºC, conn sonda de acero que se
introdujjo en el com
mpost para una
u rápida leectura.
L conductiividad fue medida seggún el métod
La
do TMECC
C 4.10-A, soobre una diilución 1:5 P/P
P
(base húúmeda), em
mpleando un conductím
metro digitall portátil Altronix Moddelo CT-2.
L ensayos de distribbución de taamaño de paartícula fuerron realizaddos de acueerdo al métoodo
Los
TMECC
C 2.02-B.
P
Para
evaluaar la maduurez del coompost y sus
s propieddades de esstimulación
n o inhibición
fitotóxicca del creciimiento, se realizaron ensayos
e
de crecimientoo radicular (ICR) sobrre germinación
de sem
millas de Laactuca sativva (lechugaa) y Rapha
anus sativuus (rábano)), de acuerrdo al métoodo
TMECC
C 5.05-A. Se
S sembrarron semillaas de cada uno de esttos cultivoss en macettas de 1 L de
capaciddad, empleanndo suelo agrícola
a
carracterístico de la regiónn como testtigo, con el
e agregado de
30% dee compost maduro
m
extrraído del diigestor com
mo enmiendaa orgánica. A los trein
nta días fuerron
analizaddas la longiitud y grosoor de las raiicillas, mediiante la extracción de cada plántu
ula y medición
de la longitud desdde la unión al tallo hasta el punto de crecimieento de
la raíz principal y grosor de raíz princiipal. Se callculó el índdice de
crecimieento radicuular (ICR), que surgee del cocieente respeccto del
testigo. Como se indica
i
en la Tabla 1-55, índices por
p debajo de 0,8
indican inhibiciónn, y por enncima de 1,2
1 señalan estimulaciión del
crecimieento (CCQC
C, 2001; y NCh2880/20
N
005)
El Test dee autocalenntamiento de
d Dewar (IImagen 4--1) fue
realizaddo, según reecomendaciiones TME
ECC 5.08-D
D. En un terrmo de
metal seellado con un
u termómeetro digital para
p la med
dición y regiistro de
la tempperatura en forma conntinua, se coolocan mueestras de 150g de
composst. El recipiiente se maantiene cerraado durantee 10 días, llevando
l
Imaggen 4‐1
Test d
de Dewar
registro del aumentto de tempeeratura geneerado por laa metabolizaación de
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 135
materia orgánica putrescible remanente. De acuerdo a CCQC (2001) y NCh 2880/2005, este valor
no puede superar los 20ºC; según CCME (2005) deberá ser inferior a 8ºC.
Para el monitoreo de la presencia de insectos, se utilizaron trampas especiales de Bell
Laboratories, Inc. (ver Imagen 4-3) con el objeto de determinar tipo y cantidad de insectos
rondando el digestor. Se trata de trampas de cartón resistente
(aproximadamente, 178 mm x 89 mm), con una porción adhesiva
que la sujeta al biodigestor, colocada a 3 cm de la compuerta para
ingreso de ROB, y una superficie muy adherente expuesta al
ambiente, donde quedan retenidos los organismos que se apoyan.
Se llevaron a cabo mediciones durante las 4 campañas semanales
del plan de monitoreo, colocando en cada caso 3 trampas en el
digestor, con una exposición de 7 días. Además se han realizado
otras mediciones con este mismo método durante los ensayos
operativos, en particular durante las pruebas mencionadas en el
ítem 1.2.2.1, en relación al control de la frecuencia de rotación.
Imagen 4‐3 Monitoreo de Insectos
Para el monitoreo de olores se consideró el
registro cotidiano de comentarios de la familia
generadora de los ROB, ya que el dispositivo se
encuentra a menos de un metro de donde diariamente
se reúne a comer el grupo familiar, pared con ventana
de por medio como muestra la Imagen 4-2 .
Imagen 4‐2 Vista del Biorreactor desde la Ventana
Para los ensayos de eficacia del uso de compost en el control de enfermedades foliares,
mencionado en el ítem 1.4, se han usado como referencia los trabajos de Weltzhien (1992)y
Yohalem et al.(1994). Para la preparación de la lechada, purin o té de compost activado, se pesaron
50 g de muestra, tomada de la celda Nº1, se colocaron en un recipiente llevando a volumen de 1000
cm3 con agua de red. Se agitó y se dejó sedimentar durante 10 minutos. Se tomaron 100 cm3 del
sobrenadante de esta dispersión acuosa, y se colocaron en el recipiente de reserva del rociador
(Imagen 4-4). Para las pruebas se contaba con macetas de un especímen bien arraigado de Hoya
Carnosa (Imagen 4-4), en época de floración (Flor de Nácar o de Cera) que al momento del ensayo
Pág.: 136
se enconntraba con una
u infeccióón extendidda de pulgon
nes (áfidos amarillos). Se realizó una
u aplicación
por única vez, hacciéndose el seguimiennto por insp
pección ocuular durantee una semaana. El ensaayo
u de las plantas
p
infectada, y sobbre el resto de las macceta se hizo un
consistió en el rociiado sobre una
blanco con
c rociadoo de agua lim
mpia, dejanndo otra de blanco
b
sin aplicación.
a
Los resultaados se indiccan
en el próóximo ítem
m.
P
Para
la detterminaciónn de Metalees y otros elementos se realizarron varios ensayos enn el
Laborattorio de Quuímica de Sistemas
S
Heeterogeneos (LaQuíSiH
He), sobre m
muestras tom
madas al azzar.
Se utilizzó un espectrofotómetrro láser LIB
BS2500+ (laaser inducedd breakdow
wn spectrosccopy) (76). Este
E
sistema de detecciión permite realizar deeterminaciones no invaasivas, cuallitativas y cuantitativa
c
as a
mentos en sólidos, líqu
uidos y gasees, de alta rresolución su
s sensibiliddad
tiempo real, de trazas de elem
reporta a niveles dee partes porr millón y piicogramos.
L
Los
métoddos utilizaddos por loss laboratorios externoos para loss parámetrros analizaddos
restantees son señalaados en la Tabla
T
4-1, donde
d
se preesentan los resultados
r
ppromedios obtenidos.
o
76
LIBS25500+, Ocean Optics.
O
Especificaciones:
http://w
www.photoniccsolutions.co.uuk/datasheets//ocea/OCEAlibs2500plus.ppdf
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 137
4.3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Coincidiendo con Rynk (2003), no existe un único parámetro de madurez que sirva para todo
tipo de material originale incluso para cualquier uso posible del producto final. En general, las
recomendaciones actuales se basan en el análisis de varios parámetros, como el caso que señalamos
en el ítem 1.3, recomendado por CCQC ( 2001) y las normas NCh 2880/2005, entre otras. Así, esta
normativa indica determinar inicialmente la relación C/N, verificando que ea inferior o igual a 25
para un compost Clase A, o menor a 30, para compost Clase B, y una vez cumplido, elegir un
parámetro entre varios de una lista de indicadores de estabilidad (Grupo A) y otro, entre varios de
madurez (Grupo B), o sea, un conjunto de 3 parámetros. Incluiremos este criterio en el control de
madurez y calidad de nuestro compost, sumando el análisis de varios parámetros más, según ha sido
detallado en el plan de monitoreo presentado en el ítem 4.1.
Tabla 4‐1 Resultados de los Análisis realizados sobre el compost maduro Valor
Promedio
Método analítico
56,4
S.Method 2540B
Densidad (kg/m )
652
TMECC 3.01-A
pH (upH)
7,2
TMECC 4.11-A
(dilución 1:5 p/p)
COT (g/100g MS)
33,9
TMECC 4.02-D
N total (g/100g MS)
2,72
TMECC 4.02-D
Conductividad (dS/m)
3,2
TMECC 4.10-A
(dilución 1:5 p/p)
C/N
12
TMECC 5.02-A
P (%)
0,32
TMECC 4.03-A
Índice Respirométrico (mg O2/Kg MO. h)
350
TMECC 5.08-B
ICR Lactuca sativa
1,34
TMECC 5.05-A
ICR Raphanus sativum
1,45
TMECC 5.05-A
Ca (mg/100g MS)
5,4
TMECC 4.05-Ca
Mg (mg/100g MS)
1,6
TMECC 4.05-Mg
Na (mg/100g MS)
7,2
TMECC 4.05-Na
K (mg/100g MS)
22,9
TMECC 4.04-A
Fe (ppm)
1352
TMECC 4.05-Fe
Zn (ppm)
212
TMECC 4.06-Zn
Mn (ppm)
337
TMECC 4.05-Mn
Parámetro
Humedad (%)
3
Pág.: 138
L Tabla 4-1
La
4 presentaa la lista dee resultados obtenidoss de los análisis realizzados sobree el
composst maduro muestreado,
m
según norm
ma, desde la 3º cámara. Los valores de referen
ncia para toddos
estos los parámetroos analizadoos, ya han siido presentaados en la Tabla
T
1-5. P
Podemos veer que todoss se
encuenttran dentro de
d sus valorres recomenndados, cab
biendo mencción a la huumedad prom
medio un pooco
por enciima de alguunas recomeendaciones,, y dentro del rango seññalado por otros autorees, como yaa se
ha sido desarrolladdo.
L resultaddos de todos los ensayoos realizado
Los
os con el LIB
BS2500+ seeñalan la prresencia de Ca,
C
Zn, K, Na,
N Cl, Fe y S , mienntras que todos los metales pesados así comoo el Cu, Mg,
M Ba, Al y B
dieron por
p debajo del
d límite dee detección del equipo (ppm-picoggramo) (verr Anexo 3)
El Test de Autocalenttamiento dee Dewar (deel Grupo A)) realizado sobre el com
mpost maduuro
retiradoo de la 3º cáámara, dio por
p resultaddo, en todoss los casos evaluados,
e
qque el comp
post analizaado
era maaduro (ver Anexo 2).
2 En ninngún caso hubo eviddencias dee autocalen
ntamiento por
p
descom
mposición biológica, ya que no se registró varriación de la
l T por auttocalentamiiento. Este test
t
resultó particularm
mente prácticco y simplee para nuesstro trabajo. Adicionallmente, se llevó
l
a a caabo
este Tesst de Dewarr a una mueestra tomadaa de la cámaara uno, quee incluía RO
OB fresco, el
e que a las 40
horas mostró
m
un inncremento máximo
m
de temperatura
t
a de 24ºC, evidenciand
e
do su estado inmaduro.
D
Dentro
de los
l ensayoss realizadoss del Grupo
o B, podem
mos resaltar los test dee germinación
(ICR) realizados sobre rabaniito (Raphannus sativum
m) y lechugaa (Lactuca sativa), cuy
yos resultaddos
promeddio fueron innformados en la Tablla 4-1 (ICR
R= 1,45 y ICR=1,34 , respectivaamente). Esstos
resultaddos evidenccian una im
mportante promoción del
d crecimieento de las rraíces en am
mbas especiies,
del 45%
% y 34%, resspectivamennte.
Sobre la baase de estoss resultados y de acuerdo a los crriterios expuuestos en ell ítem 1.3 y en
párrafoss anteriores, es posible concluir que
q el compo
ost obtenidoo del dispossitivo desarrrollado en esta
e
tesis, fuuncionando en estado de
d equilibrioo, es un com
mpost madurro de Clasee A.
A lo largo de los añoos de ensayyos, los vaalores medidos de connductividad tampoco han
h
sufrido variaciones muy signnificativas (ver
(
Anexo
o 2). El vaalor promeddio de cond
ductividad del
composst fue de 3,22 dS/m, sienndo el valorr máximo obtenido
o
de 4,3 dS/m, y el mínimo
o de 1,9 dS//m.
Si bien algunas norrmas propoonen valores límites dee 3 dS/m paara compostt de Clase A,
A y de 8 dS
S/m
para com
mpost de Clase B, la Resolución
R
SENASA Nº
N 264 /20111 establece restriccionees a partir de
d 4
dS/m. Colón
C
et al. (2010) infoorman valorres superiorees a 6 dS/m
m para comppost doméstiico, superioores
a los obbservados enn este trabajjo.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 139
El Gráfico 4.1 presenta el
Gráfico 4.1 Distribución de Tamaño de Partícula
promedio obtenido de los ensayos
de
distribución
de
tamaño
de
partícula para cada tamiz.
De acuerdo a lo expuesto en
el ítem 1.2.2.1 y en la Tabla 1-5,
esta distribución y sus valores
máximos son compatibles con un
compost Clase A
El volumen de lixiviados generados hay sido muy bajo y discontinuo, pasando meses
enteros sin generación alguna. No ha podido ser cuantificado adecuadamente durante todo el
período del estudio, pero en una de las campañas semanales de monitoreo se ha calculado una tasa
de generación de lixiviados de 1,1 cm3/ kg. masa bruta. día (base húmeda).
Los resultados de las campañas de monitoreo de insectos realizadas con las trampas Bell,
(Imagen 4-3), dieron prueba de la inexistencia práctica de insectos molestos promovidos por la
presencia del Biorreactor. Este resultado pudo verificarse ocularmente a lo largo de los años de
operación (77). Se realizaron ensayos semanales adicionales con trampas Bell (Imagen 4-3), fuera
del período del plan de monitoreo, en ocasión de las pruebas de alta humedad y frecuencia de
rotación: Se encontró un solo escenario (alta humedad y baja rotación), donde el registro máximo de
una de las trampas colocada junto a la compuerta de la celda 1, alcanzó la suma de 3 registros de
insectos a 7 días de exposición.
Con relación a los experimentación de campo que se realizaró con el dispositivo a diferentes
frecuencias de rotación para buscar la frecuencia mínima de rotación (a la cual no se generan
olores, ni presencia de larvas e insectos), se encontró que: con una humedad inferior al 55 %, se
llega a disminuir la frecuencia de rotación a una mezcla por semana (en un solo momento, durante
1 minuto, 3 vueltas, una vez por semana, durante 3 semanas), sin haber llegado a registrar olores.
Sin embargo se observó el aumento de aparición de moscas muy pequeñas características (~ 23mm de largo), Drosophila melanogaster (mosquita de la fruta), y la proliferación de larvas de
77
Naturalmente se observó presencia de mosquitos, típicos de jardines del área de estudio, que no son del tipo de los
que proliferan en residuos, y cuya distribución espacial cerca del biodigestor era la misma que en otros lugares del
entorno.
Pág.: 140
Hermetiia illucens (Diptera:
(
Sttratiomyidaae), típicas del
d compostt (Imagen 11-6). Todas estas especcies
son muy buenas descompone
d
edoras para los compostadores, peero en un m
momento de su ciclo, las
d H. illucenns abandonnan reptanddo el compo
ost para buscar un lugaar cobijado para
p
formarr la
larvas de
pupa(78).
) En conseecuencia, se observann varias larv
vas en el exterior
e
dell digestor, representanndo
habituallmente un problema
p
dee imagen paara la culturra de confoort de la fam
milia, e incu
umpliendo una
u
de las condicionees de diseñño del disppositivo. See ha verificcado durannte los disttintos ensayyos
realizaddos en el maarco de estaa tesis que laas larvas dee H. illucenss y D. melaanogaster adultas
a
tiendden
a desaparecer rápiddamente cuaando se las molesta y se les cambbia su ambieente de desarrollo, quee es
lo que sucede cuaando se auumenta la rotación
r
dell dispositivvo. Nuestro biodigesttor interferiiría
m
er,y otras larrvas de inseectos, y es posible
p
atribbuir
entoncees con el cicclo biológicoo de la D. melanogaste
este heccho a que loos huevos fuueron queddando sepulttados en la masa
m
de susstrato y biotta, impidienndo
que se complete
c
coon éxito el desarrollo
d
em
mbrionario y puedan em
merger massivamente como larvas..
S encuentrra que la neecesidad de rotación qu
Se
ue se requieere para eviitar los pequ
ueños insecctos
es un pooco mayor que
q las neceesidades paara la reoxig
genación y la
l eliminaciión de olorees.
D
Durante
esttas pruebas se encontróó que la altaa rotación reealiza un aporte mecániico importaante
para la trituración, y ofrece laa ventaja addicional de promover
p
c
concentracio
ones de oxíígeno muy por
p
encima del 5 %, loo que ayuda a acelerar visiblement
v
te el procesoo. Otra concclusión imp
portante en ese
ensayo fue que el aumento de
d la pérdidda de calorr estimuló en la segunnda cámaraa el desarroollo
preferenncial de biota mesófila en detrimeento de la teermófila, perro que sumado al efectto de la acción
mecánicca, arrojaron resultadoos muy satissfactorios, realizando
r
e compostaaje con mayor rapidezz, y
el
obtenienndo un prodducto más uniforme
u
(799).
L pruebass con humeedades cercaanas al 80 % también mostraron uun notorio aumento enn la
Las
velocidaad de desccomposiciónn, y una mayor
m
demaanda de aiireación, lleegando a operar
o
con un
program
ma automátiico de mezzclado cada 3 horas (80), donde se
s seguía veerificando la
l ausencia de
malos olores
o
y de insectos.
i
Assí mismo, con estos vaalores de huumedad, y ell amasado que
q provocaa la
rotaciónn, la torta de
d biota y residuos
r
tom
ma una consistencia unniforme y hhúmeda más conformaada,
78
En el caso
c
de Hermeetia illucens, las
l pupas ecloosionan como mosca soldaddo negra, unaa especie de díptero
d
braquíccero
de la familia Stratiiomyidae, oriiginaria de Am
mérica, y carracterística deel compost. See la ha visto muy poco coomo
moscaa adulta durannte los años quue duró el ensayo.
79
Si bienn estamos usanndo a lo largoo de este trabaajo el término “homogeneiddad del compoost, entendem
mos que quizáss no
sea muy
m preciso hacerlo,
h
y en su lugar podrría usarse térm
minos como uniforme,
u
parra referirse a la reducción del
tamañño de partículaa y a la reduccción de la heteerogeneidad de
d la carga.
80
esto siggnifica un funcionamiento eléctrico
e
de 8 minutos por día
d (distribuiddos en 8 veces de 1 minuto, a 3 rpm)
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 141
que al girar cae más pesadamente sobre los filos de los bafles del digestor, lo que sumado a la alta
frecuencia de mezcla, mejora sustancialmente la trituración del residuo, reduciendo rápidamente el
tamaño de partícula, y mejorando la homogeneidad del compost final obtenido.
En este estudio no se contempló un monitoreo de rutina de las concentraciones de
microorganismos patógenos en el compost resultante, por considerarlo innecesario. La ausencia de
patógenos y metales en un compost de las características evaluadas descansa en el carácter
transitivo que le da la trazabilidad de los alimentos,
controlados y autorizados en cada caso por las autoridades
sanitarias nacionales y municipales, sumada a la higiene y
buenas prácticas de cocina. Al
separarse en origen, como
residuo del alimento recién consumido, y no teniendo contacto
con otras fuentes, entendemos que no existen riesgos
significativos que justifiquen dichos análisis de laboratorio.
Con relación a los ensayos realizados para verificar la
eficacia del compost para el control de plagas foliares, el
resultado fue muy satisfactorio, encontrando que en las planta
regadas con el té desaparecieron completamente los áfidos
dentro de las 48 hs.
Imagen 4‐1 Ensayo de Control de Enfermedades foliares
Pág.: 142
CAP
PITULO 5 :
CO
ONC
CLUS
SION
NES
FG
G
En este capíítulo se reesumen laas conclussiones gen
nerales dee este traabajo. ED
D
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 143
5. CONCLUSIONES
El objetivo general de este trabajo de tesis fue determinar los aspectos tecnológicos y
operativos asociados al diseño, construcción, instalación y operación de Biorreactores continuos
para la autogestión domiciliaria de ROB. Nos propusimos cumplir con los objetivos particulares de
realizar adecuadamente el tratamiento de los Residuos Sólidos Orgánicos Putrescibles del hogar,
minimizando costos de operación y comercialización, consumiendo poca energía (conservación de
recursos), evitando la contaminación del ambiente y cuidando la salud pública (ausencia de olores
y vectores), generando una alternativa deseable para el uso familiar al que está destinado
(comodidad, practicidad y eficiencia). Reordenamos todos estos requisitos en una lista de 9
condiciones de borde que fueron presentadas en el ítem 2.1. A continuación repasamos cada una de
estas condiciones, seguidas de los correspondientes comentarios y conclusiones:
1. Ausencia real de malos olores durante todo el proceso.
Como se expresó en el ítem 4.3, el dispositivo funcionó durante varios años a menos
de un metro del lugar donde se reunía diariamente a comer la familia que participó de este
estudio. A lo largo de la investigación, nunca se registraron malos olores. Se cumple
adecuadamente con este requisito básico.
2. Evitar o minimizar el contacto directo del usuario con el residuo en cualquier etapa.
El usuario no toma contacto con los ROB en ningún momento, ni debe realizar más
operación que su vuelco. La operación de vuelco al biodigestor no es diferente en términos
de esfuerzos que la operación que habitualmente realiza cualquier persona al volcar los ROB
al recipiente de basura general para embolsarlo.
3. Facilitar una Operación limpia y segura.
Como se ha señalado en varios apartados, la operación del digestor es muy limpia, sin
olores, y sin vectores, que no solo no son atraídos, sino que no tienen forma de ingresar al
dispositivo cerrado durante su operación. Este hecho, sumado a la ausencia de fuentes de
patógenos y metales, ofrece una seguridad intrínseca a nuestro diseño.
Pág.: 144
4. La
L calidad y madurez del composst obtenido
o deberá cu
umplir con las normass de
r
referencia
para los ussos al que se lo destinee.
E función de los resuultados inforrmados en el ítem 4.3,, es posible concluir que
En
q el comppost
r
resultante
d tratamieento de ROB
del
B en el disp
positivo estuudiado pressenta caraccterísticas muy
m
e
estables
y constituye un materiaal de muy buena callidad (Classe A),
de acuerdo a la
n
normativa
c
considerada
a, cumplienddo así esta condición
c
dee borde satiisfactoriameente.
S destaca el elevaddo valor prromedio dee nitrógenoo registraddo (2,72%) (Tabla 4--1),
Se
s
significativa
amente superior al mínnimo requerrido por la normativa
n
((0,5%).
El contenidoo en
n
nitrógeno
s reduce durante
se
d
el compostajee, pero es deseable reetener la mayor
m
cantiddad
p
posible
(G
Giró, 1994). Los elevaados valores de ICR alcanzados
a
ddan clara ev
videncia dee la
c
capacidad
f
fertilizante
d compostt obtenido.
del
5. Requerir
R
un
n mínimo esfuerzo físiico del usua
ario para su operación
E esfuerzoo físico de la
El
l carga de ROB no au
umenta los requerimieentos que se
s realizan sin
d
dispositivo.
Así mismoo, el esfuerzzo de realizzar la descaarga manuall de composst podría tener
c
cómodamen
nte una freccuencia mennsual, depen
ndiendo de la
l cantidad extraída en
n cada ocasiión.
E esfuerzoo manual de la extrracción en el diseño presentaddo puede ser
El
s fácilmeente
m
modificado
mecánicam
mente, ofrecciendo opciiones o moodelos comeerciales quee simplifiquuen
m aún la operación: Si bien la carga
más
c
física del acarreoo deberá ser realizada, el
e ROB pierde
h
hasta
la mittad de su peso durantee este proceeso de comppostaje, redduciendo asíí a la mitadd el
e
esfuerzo
quue se realizaa actualmennte para rettirar la bolssa de residuuos del hog
gar y colocaarla
p su recoogida en la vía
para
v pública..
6. No
N favoreceer la prolifeeración de vectores
v
(m
moscas y roedores).
E condicción se cumpple satisfacttoriamente de
Esta
d acuerdo a lo descrippto en el ítem
m 4.3.
7. Requerir
R
un
n mínimo espacio físicco para su instalación
i
y operacióón.
E dispositivo que hem
El
mos desarrolllado ocupaa un espacioo de 0,45 m x 0,90 m (0,41 m2). En
s versión comercial contará addemás con una carcassa que llevvará el esp
su
pacio ocupaado
a
aproximada
amente a 0,6 m x 1 m (0,6 m2). Si bien se está en preesencia de una
u valoración
s
subjetiva,
e comparación con ottros electro
en
odomésticoss, podemos decir con confianza que
q
r
representa
u espacio aceptable.
un
a
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 145
8. Requerir bajo costo de instalación y operación,
Si bien no podemos hacer los cálculos del costo que podría tener en el mercado un
dispositivo como el que aquí se presenta, tanto las características mecánicas del diseño
presentado, como el PLC para controlar el proceso con sus diferentes programas de
operación y sus otros componentes son sencillos. Entendemos que un electrodoméstico, tal
como un lavarropas automático, similar a los que existen en el mercado, con variedad de
programas de lavado, centrifugado, desagote, secado, con sistema de dosificación de varios
aditivos como jabón y suavizantes, y control de temperatura del agua, es mecánica, lógica, y
electrónicamente mucho más complejo que un sistema como nuestro biodigestor. Sin
contemplar aspectos relativos a la reducción de costos por la economía de gran escala que
tiene la producción de electrodomésticos, y considerando una estimación rápida, el costo de
producción masiva y venta en el mercado de un biodigestor de ROB, basado en el diseño
presentado, debería tener un costo del mismo orden o inferior al de un lavarropas.
9. Consumir un mínimo de energía eléctrica para su funcionamiento mecánico y térmico.
Como se ha señalado en el ítem 3.2, con las prestaciones actuales, el máximo consumo
eléctrico mensual que tendría este dispositivo es de 0,4 Kwh. Este bajo consumo de energía
cumple con la condición de borde. Ofrece, además, la posibilidad de desarrollar modelos
comerciales autónomos que se alimenten, por ejemplo, con un pequeño panel solar, lo que
facilitaría su instalación en cualquier lugar sin necesidad de conección a la red eléctrica y el
uso de energías limpias, reduciendo aún más la huella ecológica.
A partir de estos resultados, estamos en condición de concluir que se han cumplido los
objetivos. El dispositivo diseñado resulta ser una alternativa de tratamiento efectiva, cómoda,
simple y adecuada para los ROB, desde el punto de vista técnico, económico, energético, cultural y
ambiental.
Se debe agregar que, atendiendo a las necesidades nutricionales que se requieren para
desarrollar una operación de compostaje eficiente y saludable, según se ha explicado en el ítem 1.2,
y observando las grandes diferencias que existen en los hábitos alimenticios entre las distintas
culturas y las diferentes formas de gestión familiar, es posible pensar que es muy poco probable que
todos los residuos de cada hogar cumplan con estos requisitos del sustrato para una operación
optima (ítem 1.2). Por tanto, en algunos casos sería necesario el agregado de aditivos nutricionales
Pág.: 146
para coompensar laas falenciass (C, N, P, etc). Enteendemos quue esto no es una lim
mitante paraa la
implem
mentación de
d dispositivvos compoostadores, ya
y que esttos aditivoss pueden ser
s fácilmeente
adquiriddos en el mercado
m
como insumoos de estos electrodom
mésticos, o con elemeentos naturaales
dosificaados convennientementee.
E cuanto a la compparación conn otros mo
En
odelos existentes en eel mercado, ya han sido
señaladaas caracteríísticas y differencias enn la Introdu
ucción y a lo largo dee esta tesis, mencionanndo
distintass ventajas y desventaajas de loss sistemas de Compoostaje, y deel nuestro en particullar.
Resumimos seguiddamente lass principales ventajas competitivaas del dispoositivo desaarrollado aqquí,
respectoo de otros dispositivos
d
que se ofreccen en el mercado:
m
•
B costo de operacióón (bajo connsumo elécttrico y evenntualmente iinsumos nutricionales);
Bajo
•
E
Expectativa
a de precioo de venta razonable y competitiivo para suu mejor collocación enn el
m
mercado
(buena relacióón costo/benneficio);
•
B
Baja
relacióón F/M en la cámara receptora
r
(1
1º), con bueena aireacióón automatiizada y escaaso
t
tiempo
de almacenami
a
iento transittorio previo a la descarrga, garantizzando ausen
ncia de olorres,
n ofrecidoos por otross métodos diisponibles.
no
•
simplicidadd de uso quee, sumada a las ventajas anteriorees, ofrece uuna excelentte oportuniddad
d promovver su emppleo masivvo en ciud
de
dades, comoo parte dee las medidas primarrias
i
incorporada
as a las estraategias que llevan a cab
bo los Gobiiernos Locaales para opttimizar y baajar
l costos de
los
d sus sistem
mas de GIRSU.
C
Como
hemoos dicho, ell compostaje doméstico
o no debe ser visto com
mo una opción alternattiva
de trataamiento paara todos los residuoos orgánico
os en una región, siino como una solución
complem
mentaria a una gestiión integradda de los residuos en
e una com
munidad. El
E composttaje
doméstiico proporcciona una solución
s
fleexible y dee bajo costoo para colaaborar con la gestión de
residuoss de una coomunidad y facilitar el reciclaje so
ostenible deel resto de llas corrientees de residuuos.
Sin em
mbargo, se requiere de
d la particcipación acctiva de unna proporcción signifiicativa de los
ciudadaanos para teener un impacto sensiblle en la tasaa de desvío de residuoss (Andersen et al., 20111).
L ventajaas económiccas y ambienntales más directas asoociadas al ccompostaje doméstico,, en
Las
comparaación con el composttaje comunnitario, estáán asociadas a la elim
minación dee los costos e
impactoos negativoos de la disposición
d
transitoria en vía púública, la reducción del costo de
recoleccción, transpporte y tratamiento, porr eliminació
ón de los loos ROB del circuito, qu
ue represenntan
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 147
el 40% de los RSU, y la disminución de la emisión de lixiviados en camiones recolectores
compactadores, estaciones de transferencia, plantas de separación y rellenos sanitarios.
Entre los beneficios secundarios que ofrece el uso de estos dispositivos en el hogar
queremos reiterar que, al dejar de tirar y mezclar los residuos de alimentos con el resto de los RSU,
se promueve la buena segregación en origen y se modifican sustancialmente el tipo y cantidad de
RSU que requerirán recolección urbana. Se reduce en más del 40% el peso del los residuos que
deben disponerse (Tabla A-0-2). Este residuo, al no mezclarse con restos de alimentos, mejora
significativamente la viabilidad del potencial reciclado de las otras corrientes, sobre todo si es
segregado correctamente en origen. La ausencia de fracción orgánica alimenticia, debido a su
compostaje en el hogar, determina:
; La reducción de la aparición de olores en la vía pública asociados a la descomposición
anaeróbica de esta fracción orgánica dentro de las bolsas de RSU, durante el tiempo que
transcurre desde la generación en el hogar, el transporte a la estación de transferencia y la
disposición final;
; La reducción de la presencia de vectores epidemiológicos en la vía pública (moscas,
roedores, etc.);
; El sostenimiento, en forma sustancial, de la efectividad de la Separación en Origen de los
RSU, aumentando potencialmente el tiempo de almacenamiento transitorio en el hogar de
las fracciones no-orgánicas de los RSU. Este hecho permitiría redefinir los esquemas de
recolección de forma de facilitar y reducir sensiblemente los costos de las subsiguientes
etapas del transporte hasta su reciclado, tratamiento o disposición final, sin incremento del
riesgo de proliferación de vectores ni generación de olores, permitiendo optimizar mejor el
sistema de GIRSU , bajando sus costos y aumentando los ingresos por ventas de reciclables.
En comparación con otros sistemas de compostaje, sin considerar aquellos diseños de
compostadores domésticos que requieren de energía para calefaccionarse, a los cuales consideramos
ambientalmente inviables sólo por el derroche de energía que implican (81), debemos aclarar que
no podríamos concluir que el compostador que hemos desarrollado aquí, sea mejor que otros
modelos del mercado. La sustancial ventaja que tiene el compostador que hemos desarrollado, con
respecto a otros sistemas de compostaje manuales y simples como los que hemos presentado, es el
confort y comodidad de su operación, y, secundariamente, el compost obtenido uniforme y estable.
81
para resolver el problema de los RSU se incide muy desfavorablemente en otro problema mucho peor como lo es el
cambio climático. Además el costo de operación es muy alto
Pág.: 148
Es ciertto que, en general,
g
el compostaje
c
doméstico manual
m
resuulta ser altaamente dep
pendiente dee la
experienncia del usuuario, de loss efectos deebidos a la frecuencia
f
d volteo, y a su sincro
de
onicidad, enntre
otras coonsideracionnes, implicaando una vaariabilidad significativa
s
a de la caliddad del com
mpost obteniido,
pero, coomo ya hem
mos mencioonado, estoss dispositivo
os o métodoos, incluso un pozo en
n el jardín bien
b
manejaddo con pala y tierra de cobertuura, son igu
ualmente effectivos quue nuestro dispositivo
d
en
términoos de ofreceer adecuaddo tratamiennto y total segregacióón de los R
ROB en el propio hogar
generaddor. Quisiérramos resalttar que cuualquier persona que quiera
q
hacerr compost en
e su hogarr, y
tenga laa vocación de
d sostener las tareas manuales
m
co
otidianas quue implica hhacerlo(82), no
n necesita un
disposittivo sofisticado como éste
é para llevvarlo a cabo
o.
U de loss obstáculoos para loggrar un alto
Uno
o porcentajee de vecinoos comprom
metidos enn la
implem
d compostaaje a partir de
d los ROB generados en su hogarr, es la ideaa de
que es una
u operaciión sucia, y de que loss métodos tradicionale
t
es de compoostaje requiieren una gran
demandda de interveención personal, sumaddo al prejuiccio sobre laa existencia de olores e insectos , y al
rechazoo cultural asociado a tom
mar contactto con la baasura. Para resolver
r
estoo, entre variias estrategiias,
se realizzan campaññas sosteniddas de Educcación Amb
biental (Fallcó, 2007, 22010 y 2011
1, entre otroos),
que al momento resultan
r
inssuficientes para modifficar masivvamente pattrones de conducta
c
m
muy
arraigaddos en nuesttra cultura.
C
Ciertamente
e parte dee la inspirración paraa realizar este trabaajo se enccuentra en el
reconoccimiento de la forma enn que funcioonan nuestrras sociedaddes de consuumo y la peesada herenncia
cultural que nos haan dejado déécadas de hegemonía
h
de
d un modeelo de desarrrollo neolib
beral que see ha
basado en la aproppiación inefi
ficiente de los recursos naturales, y el derrochhe. La form
ma de vida que
q
llevamoos todos en la actualidaad, y la quee estamos enseñando
e
a nuestros hhijos, está profundame
p
ente
influencciada por esste desacerttado modeloo de desarro
ollo, que enntre otras coosas nos ha enseñado que
q
la comoodidad y ell confort soon una priooridad en nu
uestra tomaa de decisioones cotidiaanas, alejanndo
nuestross hábitos de
d accioness que implliquen esfuerzos aunqque sea mínnimos, o que
q impliquuen
ensuciarrse un pocoo. Entendienndo entoncees que adem
más de expliicar insistenntemente en
n campañas de
educación ambienttal la necesidad de recuuperar para nuestras
n
viddas hábitos sustentabless, y aprendeer a
mbién debem
mos
sostenerr una huellaa ecológica positiva coon la suma de nuestross actos cotiddianos, tam
adaptar las estrateggias a las coostumbres actuales.
a
Assí, para proomover acciiones como la realización
82
Que coomo vimos, soon ciertamentee sencillas.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 149
doméstica de compost con los ROB que genera cada familia, buscando todos los beneficios
asociados a su implementación, según hemos explicado, resulta conveniente ofrecer también
alternativas tecnológicas que brinden la comodidad y el confort que demanda el mercado, con bajo
costo y tamaño reducido, para sumar a la probabilidad de éxito.
Este trabajo también ha pretendido aportar al conocimiento de estas técnicas sencillas de
tratamiento y alentar a las personas a que se comprometan a reducir la huella que provocan los
residuos que ellas generan, racionalizando y reduciendo el consumo, y participando de las
soluciones que aplica su propia comunidad para alcanzar la sustentabilidad del propio desarrollo,
ayudando a desacoplar el crecimiento económico de la degradación ambiental, tal como han
reconocido y recomendado los líderes del mundo que firmaron el documento final de la cumbre de
Rio+20.
Los residuos sólidos configuran un sistema muy complejo de múltiples variables, que
indudablemente necesita seguir siendo estudiado con mucha más profundidad en virtud de su
potencial de incidencia directa en nuestra propia calidad de vida. Este trabajo procura acercar la
mirada de la Ciencia y la Tecnología Nacional a problemas concretos y urgentes de nuestras
comunidades, e inspirar futuros trabajos académicos de desarrollo e investigación sobre
problemáticas ambientales, como la de los residuos, afianzando el rol de la Universidad como
garante de la sustentabilidad de nuestro desarrollo.
Pág.: 150
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LISTA DE PUBLICACIONES Y TRABAJOS PRESENTADOS
A CONGRESOS RELACIONADOS CON LA TESIS:
Patente
2014 “Compostador Doméstico Automático para la Autogestión Domiciliaria de Residuos
Orgánicos Biodegradables”. Autores: C. A. Falcó, S. P. Boeykens, C. S. Lunati, N.
Caracciolo. INPI 13346281A1.Trámite N°2817. Tipo: Máquina, equipo, instrumento. Fecha
de presentación: 28/7/14. Apto preliminar administrativo y exámen preliminar técnico
aprobado en fecha 18/6/2015.
Libros Nacionales de Divulgación:
2012 “Guía de Producción más Limpia para Frigorificos Porcinos” Alejandro Falcó., Programa
de P+L. SAyDS ISBN 978-987-26766-0-5
2012 “Guía de Producción más Limpia para Frigorificos Ovinos” Alejandro Falcó., Programa
de P+L. SAyDS ISBN 978-987-26766-0-5
Publicaciones en revistas internacionales (con referato)
2015 “Evaluation of an organic waste composting device to household treatment”, C.A. Falcó, N.
Caracciolo, M. Ruiz Vázquez, S. Boeykens, M Tortorelli. Con Referato.
Journal
of
Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems. (2015) 3 (3) 245-255.
ISSN 1848-9257. http://dx.doi.org/10.13044/j.sdewes.2015.03.0019.
Publicaciones en proceeding de Congreso Internacional con referato:
2013 “Home composting. Testing a new type of device”. C.A. Falcó, N. Caracciolo, S. Boeykens.
Digital Proceedings of the 8th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and
Environment Systems. En CD. ISSN 1847‐7178.
2010“Sustentabilidad local para el desarrollo global” , C. A. Falcó. Capitulo 1 Proceedings del
“I Congreso de desarrollo local sustentable para las regiones Chorotega y Pacífico Central”,
Nicoya, Guanacaste, Costa Rica, ISBN 978-9968-638-07-4, C. A. Falcó participó también del
comité editorial para la revisión, calificación y organización de los documentos del congreso.
Pág.: 176
2008 “¿¿De qué haablamos cu
uando nos referimos a la sustentabilidad del desarrrollo?”. C. A.
Faalcó. Proceeedings dell IV Conggreso Latin
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C
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Rica,, ISBN 978--99689527--9-8.
Publiccacion en revista naacional coon referatto:
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dos Urban
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Orggánicos” Faalcó, C. A.;; Glinka, L.. ; Caraccio
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ISSN
N 1668-20009.
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w type of deevice”. C.A
A. Falcó, N. Caracciolo,, S. Boeykeens.
Expposición orral. The 8tth Conferennce on Susstainable Developmen
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Habbana, Cubaa. 10/12.
2011 “C
Cambio Cllimático, Clima de Caambio” Con
nferencia Magistral
M
dee apertura del
d 1°Simpoosio
Innternacional de sostennibilidad dee Turismo y Desarrolllo Humanoo para Ameerica Latinaa. .
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L. Glinka, C.. A. Falcó, N.
N Caraccioolo, S. Boey
ykens. V Coongreso Iberroamericano de Ambieente
y Calidad de Vida. Libroo de resúmeenes. Pág 51
1. ISBN 9788-950-746-1187-3. Cataamarca, 9/100.
2010.“A
Agua: Una decisión dee Vida” C. A. Falcó. Conferencia
C
Magistral dde apertura de la 1°
C
Cumbre
Ambbiental del departamen
d
to de la Gua
ajira. Corpooguajira - C
Colombia, 2010/06/05
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2010 “Sustentabilidad local para el dessarrollo glo
obal”.C.A.F
Falcó conferrencia magiistral en “I
Congreso de desarrollo local
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sustenntable para las
l regioness Chorotega y Pacífico Central de
Costa Rica”, 2010, Nicooya, Guanaccaste, Costa Rica, 1 al 3 de Diciem
mbre de 2010
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LISTA DE PROYECTOS RELACIONADOS CON EL TEMA
DE TESIS:
desde 2007. “Proyecto de Educación Ambiental Sostenida” PECAS. “Problemática de los
Residuos, ¿Qué puedo hacer yo?”. Video documental eduativo. Fundación Enlaces para el
desarrollo sustentable. Disponible en: http://fundacion-enlaces.org/site/?page_id=78
desde 2011 Proyecto “Mi Huella”. Proyecto de costruccion de vivienda familiar autosuficiente que
incluye el dispositivo de esta tesis. http://fundacion-enlaces.org/site/?p=613
2011 “Tierra Madre”. Proyecto educativo con Video corto documental educativo (premiado),
Fundacion Enlaces para el Desarrollo Sustentable
http://www.youtube.com/watch?v=GSm9qCgbkmg
desde 2010 “Proyecto de recuperación de la cultura del Compostaje”. Fundación Enlaces para el
desarrollo sustentable. http://fundacion-enlaces.org/site/wpcontent/uploads/2011/09/Proyecto-de-recuperaci%C3%B3n-de-la-cultura-del-Compostaje.pdf
2009 “Proyecto de Reducción de Residuos Sólidos Urbanos en la Provincia de Buenos Aires,
Argentina”, Municipalidad Zárate-OPDS-JICA. Japón entre el 22/09/2009 y el 6/10/2009.
2009 “Zárate Basureada” Proyecto educativo ambiental. Programa PECAS. Fundacion Enlaces
para el Desarrollo Sustentable. http://www.youtube.com/watch?v=giaqSoEclZ0
2009 “La Basura en Escalada” Proyecto educativo. Programa PECAS. Fundacion Enlaces para el
Desarrollo Sustentable. http://www.youtube.com/watch?v=RHfOjTTtS_g
Pág.: 178
2009 “A
Agua” Proyecto educattivo. Pogram
ma PECAS. Fundacion Enlaces paara el Desarrrollo
Suustentable. http://www
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w.youtube.coom/watch?v
v=3tDevz9A
AfAA
LIST
TA DE PROYE
P
ECTOS CON
C
LO
OS QUE
E SE FIINANCIIÓ EST
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TESIIS:
•
Proyyecto de Promoción
P
de la Culttura del Compostaje. Beca. Funndación En
nlaces para el
Desarrollo Susttentable.(ww
ww.fundaciion-enlaces..org)
•
Proyyectos del LaQuíSiHee, direcciónn: Dra. S. Boeykenss: UBACyT
T; N° 2002
20120100201:
“Evvaluación dee tecnologíaas de remeddiación de suelos
s
y aguuas con conntaminantess inorgánicoos”,
20133-2016 ; N°
N 200200990100102: “Aplicacion
“
nes de sisteemas químiicos para bioadsorción
b
n y
retennción de contaminanntes”, 20100-2013 ; de
d Urgenciia Social II-750: “Su
uelos y aguuas
bonaaerenses: estudio paraa la evaluacción, contro
ol y remediiación de lla contamin
nación”. 2000620099 y •
PICT
T 2005 AN
NPCyT – FO
ONCyT N°° 38183; “D
Distribuciónn y dispersión de metaales
pesaados en sueelo y aguas en una loccalidad pam
mpeana y proopuestas paara su mitig
gación”. 2000720100.
C. A.Falcó, 2015
Pág.. 179

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