Métodos biológicos COMPOSTAJE 1. 2. 3. 4. 5.
Relevancia del método de tratamiento Parámetros del proceso Métodos de compostaje Calidad y aplicaciones del compost Limitaciones/regulaciones
•
El co compostaje es la fermentación ae aerobia te termofílica de un un su sustrato por la acción combinada de varios microorganismos
•
España es el pais que mayor porcentaje de RU trata mediante el proceso de compostaje. Es el segundo método por orden de tasa de tratamiento tratamiento (16 % del del flujo de RU: 3 MMt (1998)). (1998)).
COMPOSTAJE relevancia del proceso: tratamiento de bioresiduos Europa: 2500 MMt/año (40 % del total de los residuos): 40 %: agricultura y ganadería 22 %: jardines y bosques 20 %: lodos de depuración de aguas 10 %: procesado de alimentos 8 %: residuos urbanos •
Residuos problemáticos (alto contenido en agua, solutos, materia orgánica disuelta, metales pesados): lodos y purines
•
Directiva de vertederos (1999): reducción de un 50% de vertido de materia orgánica en 8 años con respecto a los valores de 1995 (44 % a 22 % en 2007)
COMPOSTAJE/residuos problemáticos El tratamiento de los lodos de depuradoras •Los lodos de depuradoras suponen un 20 % del total de los residuos biológicos generados. •Su elevado contenido en humedad (>90 %) hacen que su tratamiento de secado, vertido o incineración sea costoso •Existe una previsión de aumento importante en este tipo de residuos durante esta década década (hasta (hasta 20 MMt MMt en la UE). Para el el año 2005 la UE pretende que toda la población esté asistida con estaciones de depuración. 1998 (65 %). •El procedimient procedimiento o de compostaje compostaje es una alternativ alternativa a atractiva, atractiva, si bien bien prestando atención a la reducción de su carga contaminante
COMPOSTAJE/conservación del suelo Documento/informe de la comisión europea COM (2002) 179 final: “Hacia una estrategia temática para la protección del suelo ” Identificación de los procesos de degradación: • • •
Pérdida de materia orgánica Erosión Contaminación
Suelos con < 1.7 % en M.O.: riesgo de desertificación España: • •
mapa de M.O. “contenido en materia orgánica de suelos agrícolas y pastizales” (INIA: 2004 en prep.) Preliminar: sobre 1270 muestras (47 % < 1.7 %) FINALES DE 2004: DIRECTIVA SOBRE COMPOST Y OTROS BIORESIDUOS
COMPOSTAJE Objetivos: Transformación de un residuo biodegradable en un material estable (compost): •Reducción •Reducción del potencial potencial de los residuos residuos para para producir producir daños a la salud y al medioambiente (patógenos, contaminación de atmósfera, suelo y agua) •Valorización de la materia orgánica mediante su transformación en compues compuestos tos húmicos húmicos estable estables: s: acond acondicio icionami namient ento o y regen regenerac eración ión de de suelos.
Este tratamiento contribuye a generar una reserva de carbono , sólam sólament entee si se se consi consigue gue un comp compost ost establ establee
Métodos biológicos COMPOSTAJE 2. Parámetros del proceso a) Materiales: Residuos orgánicos domésticos (putrescibles) Residuos orgánicos comerciales Restos de poda Corteza de árboles Lodos EDAR (purines, otros residuos ganaderos)
Métodos biológicos COMPOSTAJE 2. Parámetros del proceso b) Parámetros biológicos y bioquímicos (1/3) •Microorganismos: Bacterias aerobias y anaerobias facultativas, actinomicetos, mohos, algas y protozoos. No es necesaria su adición. Los lodos contienen varios millones de gérmenes por gramo. •Metabolismo: El 80% de la materia orgánica se usa para producir energía (catabolismo). El calor generado esta entre 30 y 40 MJ/Kg de C. Los microorganismos descomponen la materia orgánica dando lugar a CO2, H2O y Humus
Métodos biológicos COMPOSTAJE b) Parámetros biológicos y bioquímicos (2/3) Biodegradación: Se produce una evolución de la temperatura a medida que sucede el proceso, dando lugar al crecimiento de diversas poblaciones de microorganismos: •psicrofilos: (bacterias y hongos) (- 4 a 30ºC) •mesófílos: (bacterias, actinomicetos, patógenos ) (10 - 45ºC) •termófilos: (bacterias, actinomicetos y esporas mesófilas) (45 - 65ºC)
Métodos biológicos COMPOSTAJE b) Parámetros biológicos y bioquímicos (3/3) Fases de la descomposición aeróbica: •mesofílica (40ºC) (12-24h) •termofílica (45-55ºC) (días-semanas): por encima de 65 ºC se inhibe la descomposición •maduración (descenso paulatino de la actividad biológica y de la temperatura; predominio de actinomicetos)
Tchobanglous et al. (1994)
Pilas o almiares
volteadora
Métodos biológicos COMPOSTAJE b) Parámetros químicos •Biodegradabilidad •Nutrientes (N,P,K, oligoelementos (Cu, Zn, Fe, Mn)): C/N = 30-25 •pH (6-9)(paralización del proceso-generación de olores) •Oxígeno disuelto (disponibilidad)
Los microorganismos aerobios pueden sobrevivir en concentraciones de óxigeno desde un 5 %. Sin embargo, la concentración óptima para el compostaje es > 10 %.
Compuestos
biodegradabilidad
% en residuos domiciliarios
Hidrocarburos
Muy difícil
trazas
Carbohidratos Azucar, almidón Hemicelulosa Celulosa Lignina
Muy fácil Muy fácil Fácil Dificil
11 63
fácil
3
Grasas, Aceites, Ceras (en caliente) Proteinas Mucinas Queratinas
19
4 Muy fácil difícil
Composición química de los productos compostables % H2O
pH 1:2.5
% % (*)M.O. (*)C
% (*)N
C/N
% (*) P2O5
% (*) K2O
55
6
65
38
2.5
15
1
1
Lodos 73 EDAR (B) Restos 18 Poda (C) Corteza 23 (D)
7
60
18
3.0
6
1.5
0.1
7
60
20
0.50
30
<0.1
0.6
6
62
15
0.25
60
0.1
1.8
FORM (A)
Mezclas típicas: A 4A + B + C 4A + B + D :
(*): sobre peso seco a 110 ºC
relación carbono/nitrógeno Materiales con altas C/N Hojarasca
30-80:1
Paja
40-100:1
Serrín
100-500:1
Corteza
100-130:1
Papel mezclado 150-200:1 Cartón
Fracción de carbono biodegradable = 0.83 – (0.028 x % lignina (SV))
560:1 % lignina (SV) = contenido de lignina como porcentaje de sólidos volátiles
Materiales con bajas C/N Restos vegetales 15-20:1 Posos de café
20:1
Hierba
15-25:1
Estiércol
5-25:1
= (lignina%/SV%) x 100
Richard, T. 1996. The effect of lignin on biodegradability. En: Cornell composting . (http://www.cfe.cornell.edu/compost/calc/lignin.html
COMPOSTAJE c) Parámetros físicos •Temperatura (< 65 ºC) •Aireación (> 10 % O2; es necesario 1g/g de M.O. biodegradable) •Humedad (50-60 %) •Porosidad (f de humedad y textura): permite la aireación •Tamaño y forma del sistema: suficiente para mantener la temperatura y la humedad (>40 L)
Temperatura: La normativa EPA exige el mantenimiento de un régimen de temperatura mínima de 40 ºC en 5 días con picos de temperatura por encima de los 55 ºC, al menos, 4h.
COMPOSTAJE Aireación
El exceso de humedad puede hacer que el espesor de la película de agua que rodea la partículas sea grande > 0.5 mm), impidiendo que el oxígeno se difunda con eficacia hasta la superficie de las partículas,
COMPOSTAJE porosidad/humedad (1) 1 mm
Humedad óptima
Exceso de humedad
Porosidad: Porosidad almacén: (< 50 m): 0.05 mm) Porosidad de transmisión: (50-500 m: 0.05- 0.5 mm) Porosidad fisural: (> 500 m: > 0.5 mm) Cuando los poros fisurales se saturan, el espesor de la fase acuosa dificulta la difusión del oxígeno: condiciones anaerobias
COMPOSTAJE porosidad/humedad (2) humedad óptima Humedad óptima: Contenido en agua adecuado para mantener saturadas la porosidad almacén y la porosidad de transmisión La porosidad fisural ha de quedar disponible para la entrada de aire. ¿Cómo podemos calcular la humedad óptima?
COMPOSTAJE humedad óptima: potencial matricial/succión (1) En una mezcla típica de compostaje (lodos + virutas de madera) es posible ajustar la dependencia entre el contenido en humedad y el potencial matricial (succión m ): % H2O = 64.05 + 0.142
m
(kPa); (Miller, 1989).
: Fuerza por unidad de superficie que hay que aplicar para retirar la fase acuosa de una superficie sólida de carácter hidrofílico m
( tensión superficial, capilaridad)
COMPOSTAJE humedad óptima: potencial matricial/succión (2) m
:
depende de la magnitud de superficie en contacto con la fase acuosa (Área/Volumen). En un sistema de poros de pequeño tamaño (r) la relación superficie/fase acuosa es muy alta y la presión de succión (negativa) elevada. Existe una relación entre la succión y el radio de poro crítico que permanece lleno de líquido: r = 0.0135/- m (Miller, 1989). Microbial Ecology, 18, 59-71
Empaquetamiento ligero
Empaquetamiento compacto
COMPOSTAJE estructura del sistema/porosidad
Es necesario añadir agentes estructurantes
Métodos biológicos COMPOSTAJE 3. Métodos de compostaje/proceso (1) a) b) c)
Preparación/mezcla Fermentación-Maduración Cribado (afino)
Preparación: RU: Criba-trommel (< 10 cm). Deschinado (criba de discos) PODA-JARDINES: (Desfibrado-astillado) LODOS: (Secado, Prefermentación) Mezcla: Volteo: preparación de almiares (Hileras, Pilas…)
FORMACIÓN DE LAS PILAS O ALMIARES (windraws)
VOLTEADORA: TRANSLOCACIÓN-AIREACIÓN
DESFIBRADORA
TRITUTRADORA ASTILLDORA
Métodos biológicos COMPOSTAJE 3. Métodos de compostaje/proceso (2) b) Fermentación-Maduración Pila estática (0.7-1m de altura (h)) Pila estática + ventilación forzada (insuflado o succión) (2 - 3 m h) Hilera con volteo-translocación (1 o dos veces semana) (2 - 3 m h) Túneles/Bioreactores (mezcla - aireación control automático) Tiempo de fermentación (dinámico): 2- 8 semanas Tiempo de Maduración (reposo): 5-12 semanas
Métodos biológicos COMPOSTAJE 3. Métodos de compostaje/proceso (3) c) Cribado/afino Separación de componentes estructurales (cortezas, leños) Separación de Fracciones Gruesas (> 25 mm: maduración) Separación de Fracciones Finas (< 25 mm: deschinado, venta): C25 (< 25 mm) > contenido en impurezas C10 (< 10 mm) > calidad
afino maduración
fermentación
preparación
Métodos biológicos COMPOSTAJE 4. Calidad y aplicaciones del compost (1) a) Productos •
Compost fresco: No ha completado la etapa de maduración. Sólo se ha tamizado para eliminar inertes. Debe tener una relación C/N 25-30 y ser manipulado de forma que no se pudra (aireación).
•
Compost maduro: Tiene un grado de humificación elevado y es compatible con los sistemas radiculares. Su tiempo de maduración no debe ser inferior a 1 més y su relación C/N <20
•
COMPOST (NUEVA DIRECTIVA): Enmienda orgánica estabilizada e higienizada obtenida por descomposición aeróbica (incluyendo fase termofílica)
10 cm
Métodos biológicos COMPOSTAJE 4. Calidad y aplicaciones del compost (2) b) Criterios de calidad (estabilidad/madurez) • • • • • •
continuidad de la actividad microbiana (DBO, Carbono hidrosoluble) generación de malos olores autocalentamiento estabilización de las propiedades químicas:intercambio catiónico, pH máximo grado de humificación (empobrecimiento en ácidos fúlvicos) ausencia de sustancias fitotóxicas (pruebas de germinación y crecimiento)
La aplicación agrícola de un compost inmaduro implica: • • •
disminución del oxígeno en el sistema radicular aumento de la temperatura del suelo bloqueo del nitrógeno en el suelo (altas relaciones C/N)
López y col. (2001). Planta de Villarasa (Huelva). Invest. Afr. Prot. Veg., 16,105-117
Autocalentamiento 7 semanas de volteo 2-5 meses de maduración
) % ( a c i n á g r o a i r e t a m e d a d i d r é P
Compostaje de estiercol + paja/serrín (Quebec y pensilvania)
Pérdida de nitrógeno (%)
Sustainability of Modern Composting: Intensification Versus Costs & Quality William F. Brinton, Jr., Woods End Research Laboratory. Biocycle (1998)
Métodos biológicos COMPOSTAJE 4. Calidad y aplicaciones del compost (3) c) Normativa (Enmiendas orgánicas: compost)(1) compost (producto obtenido por fermentación controlada de residuos orgánicos) orden 14 de Julio de 1994 (28 de Mayo 1998, 2 de Noviembre de 1999 (fertilizantes y afines) principios activos (% sobre material seco): N orgánico 1 Materia orgánica total 25 % (1.72 x C.O.) Humedad máxima 40 % Granulometría 90 % < 25mm Metales pesados ppm Cd 10 Cu 450 Ni 120 Pb 300 1100 Zn Hg 7 Cr 400
Métodos biológicos COMPOSTAJE 4. Calidad y aplicaciones del compost (4) c) Normativa (Enmiendas orgánicas: compost)(2) Tamaño de partícula de plásticos e inertes (<10 mm) Obligación de especificar los materiales de partida (> 20 % en peso) y: Nitrógeno total (> 1%, 0,9 % garantizado) Nitrógeno orgánico (> 1%, 0,4 % garantizado) M.O. Total Humedad máxima P2O5 (> 1%, 0,9 % garantizado) K2O (> 1%, 0,9 % garantizado) PATÓGENOS: AUSENCIA DE SALMONELLA Estreptococos fecales y enterobacterias (< 1· 103 u.c. /g)
Métodos biológicos COMPOSTAJE 4. Calidad y aplicaciones del compost (5) d) Aplicaciones (1) Fundamentos: •empobrecimiento gradual de la materia orgánica en nuestros suelos (cultivos intensivos) •aparición de nuevas necesidades de materia orgánica (espacios verdes y de recreo) •lucha contra la erosión del suelo (reforestación y regeneración de suelos degradados)
ACCION DEL COMPOST SOBRE EL SUELO Mejora de la estructura del suelo (< densidad aparente) y aporte de M.O. y nutrientes. La densidad aparente es un indicador del estado de agregación y de la porosidad del suelo.
Métodos biológicos COMPOSTAJE 4. Calidad y aplicaciones del compost (6) d) Aplicaciones (2) Densidad aparente:(Clapp et al., 1986) en “the role of organic matter in modern agriculture”. Martinus-Nijhoff-Pub.)
•En los suelos arcillosos se incrementa la permeabilidad y la porosidad de transmisión y fisural, favoreciéndose el crecimiento de la vegetación al facilitarse la penetración de las raíces. •En los sedimentos arenosos se favorece la capacidad de retención de humedad y, por tanto, la instalación de vegetación y control de la erosión. tipo de suelo
aplicación Mg/ha/año arcillo-arenoso 0 50 200 500
densidad Mg/m 3 1.38 1.22 0.80 0.69
tiempo años 1 1 1 1
Métodos biológicos COMPOSTAJE 4. Calidad y aplicaciones del compost d) Aplicaciones (3). Características de uso del compost. Costa y col. (1991). Residuos Orgánicos Urbanos, manejo y Utilización. CSIC
Uso
madurez
Tamaño (mm)
A
B
C
10 25 40
Viticultura c. Intensivo Forestal Pradera Esp. recreo
+ + + + + + N N N +
+ + + + +
Erosión Cobertera vertederos
N N
+ +
+ + + + + N +
Horticultura/Viveros Champiñón
N N + + N N
+ +
+ + + + + N +
+ + + N N + +
+ N N N N +
Impurezas (ausencia)
Temperat.
recomendrecomend + + +
Indiferente indiferente indiferente < 30 ºC < 40 ºC
recomend indiferente
< 40 ºC < 40 ºC
+ +
< 30 ºC > 50 ºC
MERCADO/CALIDAD DE COMPOST EN ESPAÑA (ITGE, 2003) Demanda potencial:
7.340.000 t
Agricultura (Viñedo, Olivar, regadío) Viveros, jardinería Oferta potencial:
3.477.000 t
Pero… Calidad deficiente de compost de RU (RECOGIDA SELECTIVA) El nombre de compost no está asociado a un proceso controlado de compostaje Déficit de plantas de compostaje de tamaño pequeño en los lugares de utilización
Métodos biológicos COMPOSTAJE 5. Limitaciones/regulaciones (aplicación de lodos EDAR) •Las características de los lodos de depuradoras en cuanto a su uso agrícola están sujetas a normativas mucho más estrictas que los productos denominados genéricamente compost. •Los Lodos de depuradoras están catalogados de RP (Real decreto 952/1997) y han de utilizarse tratados (digeridos) (Real decreto 1310/1990)
Métodos biológicos COMPOSTAJE 5. Limitaciones/regulaciones (aplicación de lodos EDAR) límites: Profundidad del suelo (>30 cm) pH del suelo (>6)/ pH de la mezcla (>6.5) CE de la mezcla (< 4 dS/m) CIC del suelo (> 5cmol(+)/kg) Pendiente (< 10 %) Velocidad de infiltración (15-50 mm/h) Distancia a núcleos urbanos, pozos de abastecimiento (>300 m) Distancia a corrientes o masas de agua superficial (> 150 m) Profundidad del nivel freático (> 4 m) Límites de M.P. Límites de dosis de aplicación
Métodos biológicos COMPOSTAJE Conclusiones: El tratamiento de los bio-residuos mediante compostaje cumple el objetivo de estabilizar y valorizar la materia orgánica residual teniendo en cuenta algunas limitaciones: El compost producido a partir de RU puede no ser aceptable: Gran cantidad de impurezas MP Autocalentamiento y fitotoxicidad
Es necesaria la separación en origen de la materia orgánica para su valorización El co-compostaje de lodos y el control de contaminantes vertidos al agua son las claves para hacer que este producto sea valorizable junto con la fracción orgánica de los RU
