UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
FACULTAD DE QUIMICA
INGENIERIA AMBIENTAL
PROYECTO FINAL
COMPOSTAJE
“UNA ALTERNATIVA PARA RENOVACION DE SUELOS”
POR:
CONTENIDO:
1. OBJETIVO
2. HIPOTESIS
3. PROBLEMÁTICA A RESOLVER
4. JUSTIFICACIÓN
5. MERCADO POTENCIAL
6. ALCANCE
7. DESCRIPCION DEL PROYECTO
8. INVESTIGACIÓN INICIAL
1. Tipos de basura
2. Propiedades físicas de la basura
3. Propiedades químicas de la basura
4. Propiedades biológicas de la basura
5. Cantidad de basura producida en la ciudad de México
6. Manejo previo de la materia prima:
7. Composta
1. Que es la composta
2. Beneficios de la composta
3. Tipos de composta
1. Métodos de compostaje:
1. Agitado
2. Compostaje en hilera
2. Estático
1. Compostaje en hilera estática
2. Compostaje en reactor
1. Flujo-Pistón
2. Dinámico
3. Campos de
aplicación de compostaje
1. Residuos de jardín
2. Fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos
3. Residuos sólidos urbanos no seleccionados parcialmente procesados
9. CRITERIOS DE DISEÑO………………………………….
1. Condiciones del proceso de compostaje aerobio.
2. Criterios de Selección para una Planta de Compostaje
10. CRITERIOS DE ELECCION DE TIPO DE REACTOR
11. COSTOS
12. BALANCE DE MATERIA
13. CICLO DE VIDA DEL
COMPOST
14. EVALUACION DE IMPACTO AMBIENTAL
15. BIBLIOGRAFIA
1. OBJETIVO:
Dar un uso práctico a residuos orgánicos domésticos a partir de una tecnología
limpia.
2. HIPOTESIS:
La composta es un buen tratamiento para la basura orgánica urbana y su reúso en la habilitación de
suelos empobrecidos agrícolas.
3. PROBLEMA A RESOLVER:
• Promover la cultura de separaciónde residuos y su reuso
• Ayudar a la economía familiar
4. JUSTIFICACIÓN:
Según datos del INEGI en el año 2006 se generaron 36,135 miles de toneladas de
basura de las cuales 18,335 miles de toneladas corresponden a basura de comida,
jardines y materiales orgánicos similares. Lo cual representa el 50.7 % del total. Las cuales
acaban en rellenos sanitarios y causan cada vez más una demanda de estos al ser
saturados. Tan solo en el DF existen tres vertederos, el relleno sanitario
Bordo Poniente es el único relleno en operación en el Distrito Federal. Los
rellenos sanitarios de Santa Catarina y San Juan de Aragón recientemente fueron
clausurados por llegar a su límite de espacio. Se estima que al relleno de
Bordo Poniente le queda una vida útil de sólo dos años, hasta el año 2005
Los rellenos sanitarios son instalaciones en las que se aplican una serie de
medidas para disminuir los efectos contaminantes de la concentración de
desperdicios: selección de terrenos con suelo de baja filtración, protección
del suelo con material impermeabilizante, recubrimiento cotidiano con tierra
sobre capa de desperdicios, instalación de tubos para salida de gases, captación
de lixiviados, y control de animales nocivos.
Dentro de un suelo sano, la materia orgánica y el humus son escencialmente
importantes, si queremos conservar nuestras tierras para asegurar nuestra
sobrevivencia. Añadir composta y reciclando asi nutrientes y minerales son las
mejores llaves para combatir enfermedades de los cultivos. Se necesita
urgentemente humus en todo el mundo para revitalizar y estabilizar los suelos
empobrecidos. Composta y materia orgánica da cuerpo a los suelos arenosos y ligeros
y mejora el drenaje en los suelos arcillosos. Hortalizas, que se abonan con
composta producen mejores cosechas de una mejor calidád con una buena resistencia a las plagas.
5. MERCADO POTENCIAL:
Reservas ecologicas y/o zonas de cultivo que se encuentran en el estado de
México y aledaños.
6.ALCANCE:
Este proyecto está pensado para realizarse a nivel estatal
7. DESCRIPCION DEL PROYECTO:
Se busca una nueva opción para el reciclaje de residuos orgánicos de uso
domestico a partir de uso de mini reactores para acelerar los resultados de una
composta.
Una composta es la mezcla de materiales orgánicos, de tal manera que fomenten
su degradación y descomposición. El producto final se usa para fertilizar y
enriquecer la tierra de los cultivos
Una composta «activa» exitosamente elaborada, que se descompone rápidamente,
tiene un buen equilibrio de materiales ricos en carbono y nitrógeno, en el caso
ideal pre-mezclada en vez que puestos por capas separadas. Aserín, corteza y
hojas y cascaras de los citricos o del
ficus se descomponen lentamente, asi hay que usar estos materiales con
moderación.
Hay varias categorías de materia orgánica, basadas por ejemplo en su contenido
de humedad.
Mezcle las dos categorías en una proporción 4 a 6 partes de materia seca por
una parte de materia húmeda. Lo más grande la variedad de los materiales, mejor
para la composta.
Mucha materia fibrosa es esencial para producir un humus con una buena
estructura, mientras la materia suave provee principalmente los nutrientes.
8. INVESTIGACION INICIAL
1. TIPOS DE BASURA EN MÉXICO
|Tipo de basura |
8.2 PROPIEDADES FÍSICAS
Las características físicas mas importantes de los RSU incluyen : peso
especifico , contenido de humedad , tamaño de partícula y distribución del
tamaño capacidad de campo y porosidad de los residuos compactados
Peso especifico
Se define como el peso de un material por unidad de volumen (un ejemplo
kg/m3).Como el peso especifico de los RSU frecuentemente se refiere a residuos
sueltos, encontrados en los contenedores, nocompactados. etc.
Como los pesos específicos de los residuos sólidos varían notablemente con l
localización geográfica , la estación del año y el tiempo den almacenamiento se
debe tener mucho cuidado a la hora de seleccionar los valores típicos .Los
residuos , tal como se entregan por los vehículos de compactación , se ha
comprobado que varían desde 178 kg /m3 hasta 415Kg/m3 con un calor típico de
300 Kg/m3
Contenido de humedad
El contenido de humedad de los residuos sólidos normalmente se expresa de dos
formas .En el método de medición peso – húmedo , la humedad de una muestra se
expresa como un porcentaje del peso del material húmedo ; en el método
peso-seco , se expresa como un porcentaje del peso seco del material
El contenido de humedad se expresa de la siguiente forma
[pic]
Donde
M= Contenido de humedad, porcentaje
W = peso inicial de la muestra según entrega (kg)
d= Peso de la muestra después de secarse a105 sC (Kg)
Tamaño de partícula y distribución de tamaño
El tamaño y la distribución del tamaño de los componentes de los materiales en
los residuos sólidos son una consideración importante dentro de la recuperación
de materiales , especialmente con medios mecánicos , como cribas , tromel y
separadores magnéticos .El tamaño de un componente puede definirse mediante una
de las siguientes medidas:
[pic]
Donde:
Sc =Tamaño de componente (mm)
l= largo (mm)
w= ancho (mm)
h= altura
Permeabilidad de los residuos compactados
La conductividad hidrológica de los residuos sólidos compactados es una
propiedad física importante que en gran parte, gobierna el movimiento de
líquidos y gases dentro un vertedero.
8.3 PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS RSU
A información sobre la composición química de los componentes que conforman los
RSU es importante evaluar las opciones de procesamiento y recuperación .Por
ejemplo , la viabilidad de la incineración depende de la composición química de
los residuos sólidos .
Cuandola fracción de los RSU se va a composta se va a utilizar como
alimentación para la elaboración de otros productos de conversión biológica ,
no solamente es importante tener información sobre los elementos mayoritarios
que componen los residuos , sino también será importante tener información
sobre los elementos en cantidades traza que se encuentran en los residuos.
Análisis físico
El análisis físico para los componentes de los RSU incluyen los siguientes
ensayos
1. Humedad (perdida de humedad cuando se calienta a 105 sC durante una hora)
2. Materia volátil combustible (perdida peso adicional con la ignición a 950sC)
3. Carbono fijo ( rechazo combustible dejado después de retirar la materia
volátil)
4. Ceniza ( peso del rechazo después de la incineración en un crisol abierto)
8.4 PROPIEDADES BIOLOGICAS DE LOS RSU
Excluyendo el plástico, la goma y el cuero, la fracción orgánica de la mayoría
de los RSU se puede clasificar de la forma siguiente
1. 1.- Constituyentes solubles en agua tales como azucares , féculas, aminoácidos, y
diversos ácidos orgánicos
2. Hemicelulosa , un producto de condensación de azucares con cinco y seis
carbonos
3. Celulosa
4. Grasas aceites y ceras
5. Lignina, un material polímero que contiene anillos aromáticos con grupos
metoxi(-OCH3)
6. Lignocelulosa una combinación de lignina y celulosa
7. Proteínas que están formadas por cadenas de aminoácidos
Biodegradabilidad de compuestos
El contenido de sólidos volátiles (SV), determinado a 550sC frecuentemente se
utiliza como una medida de la biodegrabilidad de la fracción orgánica de los
RSU. El uso de SV para la descripción de la fracción organice de los RSU es
erróneo , por que algunos de los constituyentes orgánicos son altamente
volátiles pero bajos en biodegrabilidad .Alternativamente se puede usar el
contenido de lignina de un residuo para estimar lafracción de biodegradable
mediante la siguiente ecuación
[pic]
BF= Fracción biodegradable expresada en base a los sólidos volátiles (SV)
0.83= constante empírica
0.028 = constante empírica
LC = contenido de lignina de los SV expresado como un porcentaje en peso seco
La biodegrabilidad de varios compuestos orgánicos encontrados en los RSU ,
basada en el contenido de lignina se muestra en la siguiente tabla como se
observa los contenidos altos de lignina , tales como papel periódico , son
significativamente menos biodegradables que los residuos orgánicos encontrados
en los RSU
Datos sobre fracción biodegradable de componentes seleccionados de residuos
orgánicos basándose en el contenido de Lignina
|Componente |Contenido de Lignina (CL) |Sólidos volátiles % de |Fracción
biodegradable |
| |% de SV |sólidos totales ST | |
|Residuos de comida |0,4 |7-15 |0,82 |
|Papel | | | |
|Papel periódico |21,9 |94,0 |0,22 |
|Papel de oficina |0,4 |96,4 |0,82 |
|Cartón |12,9 |94,0 |0,47 |
|Residuos de jardín |4,1 |50-90 |0,72 |
8.5 CANTIDAD DE BASURA PRODUCIDA EN LA CUIDAD DE MÉXICO:
México ocupa el décimo lugar entre los países que más basura generan en el
mundo.
La basura generada en el país se distribuye de la siguiente manera: 31%,
residuos alimenticios; 14.2%,papeles y cartón; 9.8%, desechos de jardinería;
6.6%, vidrio; 5.8% plástico y; 32.6%, otros residuos no especificados.
Del total de la basura obtenida, sólo el 77%
de los residuos se recolecta oportunamente, y de éstos, únicamente 50% se
dispone o recicla de manera segura, el resto -57 mil toneladas diarias de
basura en todo el país- queda abandonada a cielo abierto en cañadas, caminos,
lotes baldíos y cuerpos de agua, así como
en tiraderos clandestinos. El 53% de la basura se dispone en rellenos
sanitarios y tiraderos controlados ya que existe un déficit del 68% en infraestructura moderna y
adecuada para la separación, recolección, transporte, tratamiento, reciclaje y
disposición final segura de residuos municipales.
En la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM) se genera 20 mil 166
toneladas de residuos sólidos, 11 mil 140 en el Distrito Federal y 9 mil 26 en
los municipios metropolitanos del Estado de México, que corresponden a 1.04
kilogramos por habitante cada día. Los desechos estaban divididos de la
siguiente manera: 40% era orgánica, 15% papel, 4% cartón, 8% vidrio, el 3% de
la basura son pañales desechables y el resto es plástico, lámina, aluminio,
loza, madera, cuero, trapo y chácharas.
8.6 MANEJO PREVIO DE LA MATERIA PRIMA:
En el Distrito Federal se sigue una metodología para la recolección y selección
de la basura orgánica para así destinarla a el reciclaje y la composta
La infraestructura que existe actualmente para el manejo de los residuos
sólidos en el Distrito Federal existe en las 16 delegaciones del Distrito
Federal tienen a su cargo la recolección y transporte de los residuos sólidos
urbanos a las estaciones de transferencia (ET). Para realizar esta labor, se
cuentan con un parque vehicular de 2,163 unidades, de los cuales 73 unidades
cuentan con caja separada para la recolección simultánea de residuos orgánicos
e inorgánicos
[pic]
Estaciones de transferencia
La Ciudad de México, dadas sus dimensionesy complejidad, cuenta con trece
instalaciones de transferencia de residuos sólidos, que concentran los residuos
sólidos provenientes de los servicios de recolección pública y privada y
conforman una etapa intermedia en el traslado de los mismos a las plantas de
selección, planta de composta y el relleno sanitario.
10 Inventario de Residuos Sólidos del Distrito Federal
La función de las Estaciones de Transferencia es mejorar la eficiencia del servicio de
recolección, reduciendo el número de viajes y el tiempo de traslado de los
vehículos de recolección al sitio de disposición final. La descarga de los
residuos se efectúa a cajas de transferencia remolcadas por tractocamiones, con
la capacidad de recibir la carga de 4 a 5 vehículos, que equivale a 30
toneladas aproximadamente. Estas tres plantas son conocidas como Bordo Poniente, San Juan de Aragón y
Santa Catarina, y su capacidad instalada conjunta es de 6,500 toneladas por
día.
Plantas de composta
Existen 13 plantas de composta en el Distrito Federal, en las que se procesan
residuos orgánicos para su aprovechamiento. En el cuadro 4.1 se enlistan dichas
plantas y sus características principales.
|Planta de composta |Capacidad instalada |Capacidad de |Tipo de proceso |Tiempo
de producción|Materia prima |
| |(ton/año) |operación (ton/año) | |(meses) | |
|Álvaro Obregón |5,2801 |877 |Pilas aerobias |4 |Troncos, ramas y maleza,
estiércol de caballo |
| | | | | |provenientes de: |
| | | | | |• Luz y Fuerza |
| | || | |• Jardines del Pedregal |
|Bordo Poniente |73,000 |36,500 |Pilas aerobias |4 |Material de poda,
hortalizas, lodos autorizados,|
| | | | | |alimentos caducos provenientes de: |
| | | | | |• Central de Abasto |
| | | | | |• Delegaciones |
| | | | | |• generadores particulares en alto volumen |
| | | | | |• DGSU |
|Cuajimalpa de |480 |480 |Pilas aerobias |3 |Poda proveniente de: |
|Morelos | | | | |• Parques y jardines |
|Iztapalapa |131,4001 |2,256 |Pilas aerobias |1 |Poda proveniente de: |
| | | | | |• Parques y jardines |
| | | | | |• Residuos de panteón |
|Milpa Alta |164 |114 |Pilas aerobias |3 |Restos de nopal y verdura
provenientes de: |
|(8plantas) | | | | |• Centro de Acopio del Nopal y la Verdura |
| | | | | |• poda de parques y jardines |
| | | | | |• Residuos orgánicos domiciliarios |
|Xochilmilco |9,125 |9,125 |Pilas aerobias |3 |Material de poda y estiércol
provenientes de: |
| | | | | |• Parques y jardines |
| | | | | |• Caballerizas |
8.7 COMPOSTA
Es un proceso de descomposición bioquímica y de estabilización de sustratos
orgánicos bajo condiciones que generan temperaturas termofílicas que permiten
un producto final lo suficientemente estable para ser almacenado y aplicado en
la tierra con la seguridad de no obtener efectos ambientales adversos. Para que los residuos se estabilicen se requieren
condiciones especiales de humedad y aireación que produzcan temperaturas
termofílicas.
La compostificación aerobia consiste en la descomposición de la materia
orgánica en presencia de oxígeno (aire). Los principales productos del metabolismo
biológico son dióxido de carbono, agua y calor. La compostificación anaerobia
es la descomposición biológica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno.
Los productos en este caso son metano, dióxido de carbono y numerosos
compuestos intermedios tales como
ácidos orgánicos de bajo peso molecular. La compostificación anaerobia libera
significativamente menos energía por peso de materia descompuesta comparada con
la compostificación aerobia. Además, enla compostificación anaerobia, el
potencial de desprendimiento de olores es mucho más alto a causa de los
productos intermedios
8.7.1 QUE ES LA COMPOSTA
En convertir la materia orgánica putrescible a una forma estable y destruir los
organismos patógenos perjudiciales para el hombre. El compost, dispuesto de
manera sanitaria y conveniente, es una fuente de materia orgánica que nutre la
tierra, proporcionándole una mayor capacidad de retención de humedad
8.7.2 BENEFICIOS DEL COMPOST.
- Efectos en la estructura del
suelo. El compost, debido a su estructura aterronada, facilita la formación de
conglomerados del suelo permitiendo así
mantener una correcta aireación y humedad del mismo.
- Efectos sobre la salud del
suelo. Se trata de un producto natural, sin compuestos químicos y libre de
patógenos. En muchos casos actúa como
bactericida y fungicida.
- Efectos sobre los nutrientes de las plantas. Al ser un producto rico en
nutrientes y macronutrientes, se convierte en un excelente abono para las
plantas.
8.7.3 METODOS DE COMPOSTAJE
Método agitado:
Se mueve periódicamente el material que se va a fermentar para introducir
oxigeno, controlar la temperatura y mezclar el material con el fin de obtener
el material mas uniforme.
1. Compostaje en hilera
a. Se puede construir un sistema de compostaje mediante la disposición del material orgánico en
hileras de 2.5 a 3 m de altura por 7 a 9 m de anchura en la base.
b. Podría tardar hasta 3 o 5 años para completar su descomposición, con un
volteo una vez al año. Emitirá olores rechazables
c. Un sistema de alto rendimiento emplea hileras con una sección transversal
normalmente 2 a 230 m de altura por 4.5 a 5 m de anchura
d. Antes de formar las hileras se procesa el material orgánico mediante
trituración y cribación hasta obtener un tamaño de aproximadamente 2.5 a 7.5 cm
y contenido de humedad ajustado entre 50 y 60 %. Se voltea hasta 2 veces
porsemana a una temperatura de 55°C. Obteniendo una fermentación completa en 3
o 4 semanas.
e. La curación de los materiales son reducidos por la acción de hongos y
actinomicetos
2. Reactor cilíndrico horizontal
a. Cilindro horizontal de unos 3 m de diámetro y longitud variable según el
volumen a compostar.
b. Gira a lo largo de su eje longitudinal y el giro provoca un desplazamiento del material (lo airea y
lo mezcla) de manera que entra por un extremo y sale por el otro en 3-5 días.
c. Requiere una maduración posterior. El aire es renovado periódicamente
mediante un sistema de extracción.
Método Estático:
El material que se va a fermentar permanece estático y el aire es inyectado a
través de material fermentándose.
1. Compostaje en hilera estática airada (proceso Beltsville):
a. Desarrollado para el compostaje aerobio de fangos de aguas residuales,
residuos de jardín o RSU
b. Consiste en una red de tuberías de aireación sobre la cual se coloca la
fracción orgánica procesada de los RSU. Aproximadamente la pila tiene una
altura de 2 a 2.5 m. Para el control de olores
se coloca encima de la pila reciente una capa de compost cribado.
c. A cada pila se proporciona un inyector individual (para un mejor control de
la aireación) utilizando una tubería de drenaje de platico ondulado. Se
introduce el aire proporcionando oxigeno necesario para la conversión biológica
y control de la temperatura.
d. El periodo de fermentación es de 3 a 4 semanas, y asa por un proceso de
curación durante 4 semanas más. Se tritura y se criba para mejorar la calidad del producto final.
e. Para control de olores se cubren o
encierran las pilas.
2. Sistema de compostaje en reactor:
a. Se lleva a cabo dentro de un contendor o recipiente cerrado
b. Se puede dividir en dos sistemas
i. Flujo-pistón: La relación de las partículas de masafermentándose permanece
igual durante todo el proceso, y el trabaja bajo el principio salida según
orden de entrada
ii. Dinámico (lecho fluidizado): El material fermentándose se mezcla
mecánicamente durante el procesamiento.
c. Se diseñan sistemas mecanizados para minimizar olores y se controlan
condiciones ambientales (flujo de aire, temperatura, concentración de oxigeno)
d. Periodo de fermentación es de 1 a 2 semanas, con un periodo de curación de 4
a 12 semanas.
3. Reactores cilíndricos.
a. Grandaria de 100-500m3.
b. Tiempo de retención de material: 15 dias
c. necesita maduración posterior
d. Control por temperatura
4. Reactor rectangular
e. Puede tratar volumen mayor que el anterior (la logitud puede ser variable).
f. Control por la Temperatura
g. Tiempo de retención: 20-30 días
h. necesita maduración posterior
5. Naves 'modulares':
i. Boxas Her-hof
j. Túneles Gicom
k. Biocontainer ML, etc.
CAMPOS DE APLICACIÓN:
a– Residuos de jardín:
až¢ Hojas, recortes de césped, podas de plantas y matorrales, tocones de
madera,
až¢ Se recogen los residuos una vez cada 2 semanas en contenedores
proporcionados con huecos para la ventilación, con un fondo de malla que
permite circular el aire
|Nivel de tecnología |Descripción del proceso |
|Mínimo |Formación de grandes hileras que se voltean una vez al año. Dura|
| |de 18 a 36 meses |
|Nivel Bajo |Hileras pequeñas y un volteo más frecuente limitando los |
||sobrecalentados y malos olores. Después de 10 meses se forman |
| |pilas de curado para estabilizar el compost. |
|Nivel Intermedio |Se voltean las hileras con una maquina semanalmente
limitando el|
| |tamaño de pilas e incrementa el terreno total requerido. |
|Nivel Alto |Se utiliza la aireación forzada para optimizar controlada con un|
| |regulador de temperatura. |
|Nivel Alto en reactor |Minimiza olores y tiempo de proceso con un control de |
| |condiciones ambientales. |
|Nivel de tecnología |Dimensiones de hilera (m) |Frecuencia de volteo |Tiempo
para obtener un producto acabado |
| | | |(meses) |
| |Altura |Anchura | | |
|Mínimo |3-4 |6-7 |1 vez al año |24-36 |
|Bajo |1.5-2 |4-4.5 |3-5 veces al año |14-18 |
|Intermedio |1.5-2.5 |4.5-5 |Semanal |4-6 |
|Alto |2.5-3 |5-6 |Pila estática aireada |3-4 |
|Reactor | | ||2-2.5 |
a– Fracción orgánica de residuos sólidos urbanos.
až¢ Si se utilizan medios mecánicos para separar los materiales no fermentables
el compost resulta contaminado metálicamente. Por lo que es mejor utilizar
materiales separados de origen
a– Residuos sólidos urbanos no seleccionados
až¢ Se ha sugerido como
un medio para reducir el volumen de residuos evacuados en vertederos
9. CRITERIOS DE DISEÑO
9.1 Condiciones del proceso de compostaje aerobio.
Los factores que intervienen son complejos, pero podemos señalar como más importantes la
temperatura, el pH, la aireación, el balance de nutrientes y la presencia de
una población microbiana capaz de descomponer los residuos. Todas estas
variables están influenciadas por las condiciones ambientales, el tipo de
residuo y por el manejo del
proceso. Todas ellas están interaccionadas.
a– La temperatura.
Cada especie de microorganismo (bacterias, hongos y actinomicetos) tiene una
temperatura óptima para su desarrollo. Así para los criófilos es de 5s a 15s,
para los mesófilos es de 15s a 45s y para los termófilos de 45s a 70sC). El
grupo que resulte favorecido por una temperatura concreta, descompondrá la
materia orgánica del residuo, utilizándola como fuente de energía y de
obtención de materiales para reproducirse, y se desprenderá calor en condiciones
aeróbicas, un mol de glucosa desprende al ser consumido entre 485 y 675 kcal.
Este calor puede hacer variar la temperatura. La variación dependerá de las
dimensiones del reactor el calor producido será proporcional al volumen o masa,
pero la pérdida lo será a la
Se consideran óptimas las temperaturas del intervalo de 35s a 55sC para
conseguir la eliminación de patógenos, parásitos y semillas de malas hierbas,
aunque a veces estas temperaturas sean superadas espontáneamente por la misma
dinámica del proceso. A temperaturas excesivamente altas, muchos
microorganismos interesantes para elcompostaje mueren y otros no actuan porqué
están esporulados, la transformación óptima sería con 15 días a 45sC después
dejar subir la temperatura hasta 60-70sC para higieneizar, ya que a los 50sC ya
desaparecen los hongos.
Punto de inactivación térmica de algunos patógenos y parásitos:
|Salmonella typhi |30' a 55-60sC |
|Shigella |20' a 60sC |
|E. coli |1 h a 55sC |
|Entaoeba histolytica |68sC |
|Taenia saginata |5' a 71sC |
|Trichinella larvas |1 h a 62sC |
|Brucella abortus |3' a 61sC |
|Mycobacterium tuberc. |20' a 67sC |
Los patógenos no se destruyen solamente por la temperatura, sino también por la
competencia por los nutrientes, los antagonismos microbianos y los antibióticos
producidos por algunos de los microorganismos.
a– La humedad.
Una descomposición aeróbica puede realizarse entre unos valores de humedad del
30% al 70%, siempre que se pueda asegurar una buena aireación, que dependerá
tanto del método de aireación como de la textura del residuo o residuos
utilizados (fibrosos, granulosos, pulverulentos, etc.).
Se tiene que evitar una humedad elevada porqué desplazaría el aire de los
espacios entre partículas del
residuo, y el proceso pasaría a ser anaeróbico. Por otra parte, si la humedad
es excesivamente baja, disminuye la actividad de losmicroorganismos y el
proceso se retrasa. Se consideran niveles óptimos, humedades del 40% al 60%,
pero pueden cambiar si los materiales son más o menos fibrosos o más o menos compactos.
Para materiales fibrosos o residuos groseros, la humedad máxima permisible es
del 75% al 85%, mientras que para residuos con gran cantidad de papel o
material vegetal fresco, la humedad máxima ha de ser del 50% al 60%. Recordar
que puede ser útil la mezcla de materiales de distintas texturas y la
trituración de los materiales. Esta operación hace más manejables y humectables
a los residuos, a la vez que el aumento de la superficie específica favorece la
invasión microbiana.
a– El pH.
En general los hongos toleran un amplio margen de pH (de 5 a 8) al contrario de
las bacterias, que tienen un margen menor (de 6 a 7,5). A veces las
limitaciones son debidas al hecho de que en determinados pHs precipitan
nutrientes esenciales para esos microorganismos.
La variación del pH a lo largo del compostaje es
importante. En la primera fase, la mesófila, el pH puede disminuir por la
formación de ácidos libres (la disminución sería mucho mayor en el caso de las
fermentaciones anaeróbicas), pero después va aumentando. Subidas fuertes de pH
pueden facilitar la pérdida de nitrógeno en forma amoniacal.
a– La aireación.
Asegurar la presencia de oxígeno necesario para el desarrollo del proceso termófilo aeróbico es
imprescindible para obtener un compostaje bueno y rápido, evitando al máximo el
problema de los malos olores.
Dar una cantidad de oxígeno necesario por día y por tonelada de material es
posible, pero hay que tener en cuenta que depende del tipo de material, de la
textura y la humedad, de si se voltea o no y de la frecuencia del volteo. El
volteo es necesario, no tan solo para airear, sino también para homogeneizar la
mezcla (ya sea de diferentes residuos, ya sea de diferentes tamaños de
partículas) e intentar que todas las zonas consigan una temperatura uniforme.
Cada volteo, además, consigue disminuir de5s a 10sC la temperatura, lo cual
puede ser muy importante si se exceden los 60sC. De todas formas, la
temperatura de la pila se recupera en seguida si el compostaje todavía no está
finalizado.
Hay que saber también, que el volteo puede frenar el desarrollo de hongos y
actinomicetos por rotura de los micelios.
9.2 CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA UNA PLANTA DE COMPOSTAJE
Durante el proceso de selección del lugar, hay que considerar los siguientes
criterios:
a) Limitaciones, prohibiciones o restricciones legales
- Propiedad del terreno, posibilidades de expropiación
- Lugares bajo protección
- Legislación municipal
b) Condiciones de operación
- Distancia del relleno o botadero: Una máxima proximidad al botadero sería
deseable. Para determinar la máxima distancia posible y económicamente
sostenible, la tasa de crecimiento demográfico, la disponibilidad del área, la
situación de carreteras y otras condiciones específicas de la municipalidad en
cuestión deben ser consideradas.
- Condiciones de transporte: Carreteras existentes, calidad de las carreteras,
distancia del
lugar de procedencia.
- Infraestructura existente (suministro con agua, descarga del agua contaminada
o tratada, electridad etc.)
- Aptitud del suelo (factor de permeabilidad y estabilidad). Una baja
permeabilidad es muy importante para la protección del suelo y de las aguas
subterráneas contra la contaminación por aguas lixiviadas.
- Área del solar y posibilidades de extensión
c) Criterios ambientales
- Existencia de biotipos importantes
- Impacto sobre el paisaje
- Impacto del tráfico esperado (carreteras de transporte a través de lugares
con
población densa/ dispersa)
- Posibilidad de afincamientos cerca del lugar de la planta (no deseable);
planes
municipales de urbanización
- Distancia a áreas pobladas y dirección del viento (para la dispersión del
olor)
- Medio recipiente de las emisiones (descarga a la canalización o a un agua de
superficie etc.)
d) Costos de inversión y operación
Loscostos de inversión dependen fundamentalmente de la tecnología. Las
tecnologías
simples (lombricultura, compostaje en pilas abiertos, compostaje con ayuda de
enzimas etc.) requieren generalmente más espacio, lo que debe considerarse
durante la
selección del
solar. De la misma manera, se necesita menos protección para sitios
lejanos de lugares poblados.
El ideal es de conseguir un sitio bastante largo fuera del área poblada para poder
realizar un compostaje manual con tratamiento de las aguas lixiviadas en
lagunas.
Optimamente, la planta de compostaje se encuentra junto o dentro del sitio de
disposición final, para minimizar los costos de transporte y para poder
utilizar la
misma infraestructura.
10. CRITERIOS DE ELECCION DE TIPO DE REACTOR
|Nivel de tecnología |Descripción del proceso
|
|Bangalore (Indore)
|Zanja en el suelo con profundidad de 60 a 90 cm. Sin trituración y con volteo
manual. |
| |Tiempo de detención 120 a 180 días. |
|Casperi (Briqueteado) |Material triturado, comprimido y apilado durante 30 a
40 días. Aireación por difusión |
| |natural. Curado posterior y trituración de bloques. |
|DANO Biostabilizer |Tambor rotativo de 270 a 360 cm de diámetro, 4.5 de
longitud. De 1 a 5 días de |
| |retención. Aireación forzada, sin trituración. |
|Earp-Thomas |Tipo silo con 8 niveles de distinta altura, los residuos
triturados descienden de |
| |nivel a nivel con arados. Tiempo de retención 2 a 3 días. |
|Fairfield-Hardy |Deposito circular.Hélices verticales montada sobre brazos
radiales giratorios. |
| |Aireación forzada. Tiempo de retención es de 5 días |
|Fermascreen |Tambor hexagonal, tres de sus lados son cribas. Residuos
triturados. Se alimenta en |
| |lotes. Tiempo de retención de 5 días. |
|Frazer-Eweson |Residuos triturados colocados en un recipiente vertical que
tiene 4 o 5 niveles |
| |perforados. Aireación forzada. Tiempo de retención de 4 a 5 días. |
|Jersey ( John Thompson) |Estructura con 6 pisos equipados para verter residuos
triturados. Aireación afectada |
| |por el vertido de piso en piso. Tiempo de retención de 6 días. |
|Metrowaste |Deposito abierto con anchura de 6 m, 3 m de profundidad y 60-120 m
de longitud. |
| |Pre-triturados equipado para 1 a 2 volteos. Tiempo de retención 7 días. |
|Naturizer |5 transportadoras de acero de 270 cm de ancho, pasan material de
cinta en cinta, el |
| |aire pasa a través del
digestor. Tiempo de retención de 5 días. |
|Riker |Recipientes de 4 niveles, los residuos se dejan de piso en piso.
Aireación forzada. |
| |Tiempo de retención de 20 a 28 días. |
|Ashbrook-Simon-los Hartley |Reactor de túnel de 540cm de ancho, 360 cm de
altura y 20m de longitud. Flujo-pistón |
| |con residuos empujados, ventiladores de presión y devacío. Tiempo de
retención de 18 |
| |a 20 días. |
|T.A.Crane |Dos celdas con 3 niveles horizontales, cintas en espiral
horizontales recirculan los |
| |residuos triturados de nivel a nivel. Seguido por curado en caja. |
|Triga |Serie de 4 torres. Aireación forzada. Residuos pre-triturados. Tiempo
de retención 4 |
| |días. |
|Colocación en hileras |Abiertas. Residuos pre-triturados. Aireación mediante
volteo. |
|Proceso Van Maanen |Residuos poco triturados colocados en pilas abiertas.
Tiempo de retención de 120 a 180|
| |días. |
Se eligió el sistema de proceso elegido fue Earp-Thomas de acuerdo a costos, a
la cantidad producida de compost, tiempo de producción que requiere este tipo
de reactor
11. COSTOS
Análisis de costos por tonelada de producto:
Costos de Inversión
♦ Infraestructura (habilitación de área)= $ 4,187,545.60*
♦ Tiempo de depreciación = 10 años
♦ Producción anual de composta = 16500ton
Costos de inversión por tonelada = $253.79
*incluye: precio del reactor, trituradores, cribas, tanques de almacenamiento
Costo de operación
2.1 Personal
|Descripción |Unidad |cantidad |Costo unitario |Costo parcial |Costo |
| | | | | |Total |
|Peón |h |26,25 |$52.59 |172.56 |1725.6|
2.2 Herramientas
|Descripción |cantidad |Costo unitario |Costo total |
|Pala mecánica |1 |11500 |11500 |
|montacargas |1 |9628 |9628 |
|Carro de volteo |1 |250000 |250000 |
| | | |250796.4 |
Costo de operación por tonelada = 1725.6+250796.4
Costo de operación por tonelada = $ 252549
III. Costos administrativos
Gastos administrativos = 15% (Costo de operación)
Gastos administrativos = 0,1 5 x 252549
Gastos administrativos por tonelada = $ 37882.35
Entonces:
COSTO TOTAL = COSTOS DE INVERSION +
POR TONELADA +COSTOS DE OPERACION +
COSTOS ADMINISTRATIVOS
Costo total por tonelada = 253.79+ 252549+37882.35
Costo total por tonelada = $ 388821.28
PRECIO DEL PRODUCTO POR KILO = $4.5
KILOS PRODUCIDOS POR DÍA 50000
VALOR DE LO VENDIDO $225000
RECUPERACIÓN IDEAL (vendiendo 50 ton diarias) DE LA INVERSIÓN 30 DIAS
16. BALANCE DE MATERIA
a– El balance de nutrientes
Este aspecto es importante para que funcione el compostaje y para que se aprovechen
y retengan al máximo los nutrientes. Hay que conseguir un equilibrio entre
nutrientes más que un determinado contenido.
El mantenimiento de ese balance es especialmente importante para los
macronutrientes carbono y nitrógeno (en general los demás nutrientes están
presentes en cantidades adecuadas en la gran mayoría de productos a compostar).
La cantidad de carbono necesaria es considerablemente superior a la de
nitrógeno, ya que los microorganismos la utilizan como
fuente de energía (y se pierde en forma de CO2) y porque está en el material
celular en una cantidad muy superior a la del nitrógeno (las proporciones son
distintas según los microorganismos).
Se dice que una relación C/N de 25 a 35 es la adecuada, pero a la práctica noes
tan simple, ya que no todos los residuos tienen un mismo tipo de materia
orgánica, con la misma biodegradabilidad, característica que no queda recogida
en la relación C/N.
Si el exceso de carbono es muy grande, la actividad biológica disminuye, y
diversos ciclos de microorganismos son necesarios para 'quemar' el
exceso de carbono, ya que al morir éstos su nitrógeno se recicla y va
disminuyendo la relación C/N. Hay que indicar que si la C/N alta durante el
compostaje retrasa tan sólo la descomposición, en el caso de la aplicación al
suelo el problema sería más grave, ya que provocaría el 'hambre de
nitrógeno'.
Si un residuo tiene una C/N adecuada, pero contiene muchas ligninas o
celulosas, su velocidad de descomposición será también muy lenta. Si la
relación C/N es muy baja, se produce un fenómeno de autoregulación en el cual
se pierde el exceso de nitrógeno como amoníaco. Es un fenómeno que no afecta
negativamente al compostaje en sí mismo, pero no podemos permitirnos la perdida
de nutrientes.
La mezcla de distintos residuos con distintas C/N puede solucionar este
problema. Si se consigue un producto final con bajo contenido en m.o, una
solución puede ser añadir material con ligninas.
La transformación anaerobia se puede describir como
bactérias
Matéria organica + O2 + nutrientes → novas células + matéria organica
resistente + CO2 + H2O +NH3 + SO42++…+ calor.
Si la materia orgánica en los residuos se presenta como CaHbOcNd entonces no se
considera la producción de nuevas células y de sulfato y la composición del
material resistente se representa como CwHxOyNz. En ese caso la cantidad de
oxigeno requerido para la estabilización aerobia de la fracción orgánica
biodegradable de los residuos sólidos urbanos puede estimarse
CaHbOcNd + 0.5 (ny + 2s + r – c)O2 → nCwHxOyNz + sCO2 + rH2O + (d-nx)NH3
Donde r=0.5 [b-nx-3(d-nx)] y s=a-nw
Los términos CaHbOcNd y CwHxOyNz representan la composición molar empírica del
material orgánico inicialmente presente y en laconclusión del proceso. Si se
produce la conversión completa, la expresión debe ser.
[pic]
a– La población microbiana.
Cada población de microorganismos tiene unas condiciones ambientales más
adecuadas para desarrollarse y también unos tipos de materiales que puede
descomponer más fácilmente. Por eso, una población comienza a aparecer mientras
otras están en su máximo o ya están desapareciendo, y se complementan las
actividades de los distintos grupos.
Las distintas poblaciones microbianas, y otros organismos vivos como los
protozoos, que intervienen en el proceso, pueden provenir de la atmósfera, del
agua, del suelo y de los mismos residuos a compostar.
En la primera etapa del compostaje aparecen bacterias y hongos mesófilos
(predominan las bacterias) que liberan ácidos a partir de la materia orgánica.
Cuando la temperatura llega cerca de los 40sC aparecen las bacterias y los
hongos termófilos, y también empiezan a aparecer los actinomicetos. Por encima
de los 70sC cesa prácticamente la actividad microbiana. Cuando la temperatura
vuelve a bajar reaparecen las formas activas (formas no esporuladas), y
presentan entonces también mucha actividad los protozoos, los nemátodos, los
miriápodos, etc.
Su distribución en la mezcla también es distinta: las bacterias se suelen
encontrar en toda la pila, mientras que los hongos i los actinomicetos se
encuentran preferentemente en la capa situada a 5-15 cm de la superficie. Esta
limitación es función, o bien de la temperatura, o bien de la aireación o de
ambos factores al mismo tiempo. La acumulación de actinomicetos y de hongos en
esta parte de la pila le da a veces un aspecto especial y una coloración
grisácea característica. Esta capa puede romperse durante los volteos.
Aunque el papel de cada uno de los grupos no está bien definido, se cree que
las bacterias descomponen fundamentalmente carbohidratos i proteínas, y los
actinomicetos y hongos, celulosa y hemicelulosas.
No parece interesante añadir inóculo a las pilas decompostaje, ya que los
microorganismos raramente son un factor limitante.
Tipo de metabolismo microbiano
Los organismos que generan energía mediante el transporte de electrones,
mediado por enzimas tienen un metabolismo respiratorio. Los organismos que
dependen de la respiración aerobia para conseguir sus necesidades energéticas
solo pueden existir cuando hay un suministro de oxigeno molecular.
El metabolismo fermentativo no implica la participación de un receptor externo
de electrones. Los organismos heterotróficos son estrictamente fermentativos
por tasas de crecimiento y de producción celular menos que los heterótrofos
respiratorios.
Los organismos anaerobios facultativos son los que son capaces de crecer en
presencia o en ausencia de oxigeno, entran en subgrupos según sus capacidades
metabólicas
Tipo de microorganismos:
|Clasificación |Fuentes de energía |Fuentes de carbono |
|Autotroficos | | |
| Fotoautotroficos |Luz |CO2 |
| Quimiautotroficos |Reacción inorgánica de oxido-reducción |CO2 |
|Heterotroficos | | |
| Quimiheterotroficos |Reacción orgánica de oxido-reducción |Carbono Orgánico |
| Fotoheterotroficos |Luz |Carbono Orgánico |
Se clasifican según su estructura y función celular. Los organismos
procarioticos (bacterias) son de importancia primordial dentro de la conversión
biológica de la fracción orgánica de los residuos sólidos. En el grupoeucariotico
los mas importantes son hongos, levaduras, actinomicetos.
|Grupo |Estructura celular |Caracterización |Miembros representativos |
|Eucariotes |Eucariotica |Multicelular con diferenciación extensa|Plantas
(Plantas de semillas, |
| | |de células y tejidos |helechos, musgos) |
| | | |Animales (vertebrados, invertebrados) |
| | |Unicelular o coenoctico o micelico; |Protista (algas, hongos, protozoos) |
| | |poca o ningúna diferenciación de | |
| | |tejidos | |
|Eubacteria |Procariota |Quimica celular a eucariotes |La mayoría de las
bacterias |
|Arqueobacterias |Procariotica |Quimica celular distinta |Metanogenos,
halófilos, |
| | | |termoacidofilos |
• Bacterias:
o Son unicelulares en forma de esferas( varian de 0.5 a 4µm de diámetro),
barras( bacilos de 0.5 a 20 µm de largo y o.5 a 4µm de ancho), o
espirales(espirilos de mas de 10µm de largo y aproximadamente 0.5µm de ancho.
• Hongos:
o Tienen a capacidad de crecer en condiciones de baja humedad que no favorecen
el crecimiento de las bacterias, pueden tolerar valores de pH relativamente
bajos. Un pH optimo es de 5.6 pero el rango factible va de 2 a 9. Crecen en
largos filamentos llamados hifas, compuestos por unidadescelulares nucleadas y
variando en ancho de 4 a 20µm
• Levaduras:
o Son hongos que no pueden formar ligamentos. Se pueden clasificar naturales
(poco valor) y cultivadas (extensamente para fermentar azucares en alcohol y
dioxido de carbono.
• Actinomicetos:
o Son un grupo de organismos con propiedades intermedias entre bacterias y
hongos. Se agrupan con los hongos par facilitar los propósitos de exposición.
BALANCE DE MASA EN EL REACTOR
13.CICLO DE VIDA DE LA COMPOST
El compost se puede utilizar en cualquier momento de su elaboración.
• Los materiales sin fermentar:
o Recién amontonados, no están en condiciones de incorporarse al ciclo de
nutrientes de la tierra o las plantas.
o Pueden servir como acolchado de la tierra o del propio compost maduro, y con
el tiempo y la actividad de los microorganismos se irá incorporando al proceso
de humidificación.
• El compost fresco:
o Puede tener algunas semanas o varios meses pero en él se puede apreciar la
actividad de macroorganismos como lombrices, cochinillas y otras especies.
o Este compost joven no desprende malos olores.
o Puede ser parcialmente aprovechado por las raíces si se entierran pueden
producir putrefacciones y elementos tóxicos por falta de oxígeno.
o Debe ser utilizado exclusivamente en superficie, tiene un valor fertilizante
elevado y favorece a los microorganismos del suelo.
o Nunca se debe enterrar y según las condiciones ambientales conviene
protegerlo con un acolchado en su uso en huertos.
• El compost maduro:
o Puede tener de entre varios meses a un par de años.
o Apenas se apreciará presencia de lombrices y los restos orgánicos ya no son
reconocibles porque están perfectamente descompuestos.
oTiene una estructura homogénea, un olor agradable y un color prácticamente
negro.
o Se puede utilizar en cualquier tipo de planta sin riesgo a producir
inhibiciones u otro tipo de efectos negativos en su crecimiento.
o Su poder fertilizante es inferior con respecto a un compost joven puesto que
muchos de sus elementos han desaparecido en el proceso de descomposición.
o Su uso es muy adecuado en tierras arcillosas y pude emplearse en cobertura o
ligeramente mezclado con las capas más superficiales de la tierra
• El compost viejo (mantillo).
o Siempre tiene más de un año y está en la fase de mineralización. Se puede
mezclar con la tierra e incluso enterrar y su acción es más eficaz en tierras
pesadas.
• El purín de compost:
o Es la extracción líquida de muchos de los componentes sólidos del compost
para usos puntuales de fertilización de algunas plantas o activación del propio
compost.
|Estado de la |MATERIA |INICIO DE LA |SEMIDESCOMPUESTA Compost |DESCOMPUESTA
Compost maduro |MINERALIZACIÓN Compost
viejo (más de un |
|materia orgánica |ORGÁNICA |DESCOMPOSICIÓN |fresco (2-3meses) |(6-9meses)
|año) |
| |FRESCA | | | | |
|Peso aproximado |10kg |8kg |6kg |4kg |2kg |
|(Ejemplo 10kg) | | | | | |
|Proporción de agua|70-85% |40-50% |30-40% |20-30% |
