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METODO AEROBIO
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COMPOSTAJE AEROBIO

El compostaje aerobio es el proceso biológico más frecuentemente utilizado para la conversión de la fracción orgánica de RSLI a un material húmico estable conocido como compost. Las posibles aplicaciones del compostaje aero­bio incluyen: 1) residuos de jardín, 2) RSU separados, 3) RSU no selecciona­dos, y 4) compostaje conjunto con fangos de aguas residuales. En esta sección se presentan las descripciones del proceso y las líneas directrices para el diseño del compostaje aerobio.

Descripción del proceso

Todos los procesos de compostaje aerobio son similares en cuanto que incor­poran tres pasos básicos: 1) preprocesamiento de RSU, 2) descomposición aerobia de la fracción orgánica de los RSU, y 3) preparación y comercializa­ción del producto. Los tres métodos principales utilizados para el compostaje de la fracción orgánica de los RSU son hilera, pila estática aireada, y, en biorreactür. Aunque estos procesos difieren principalmente en el método utilizado para airear la fracción orgánica de los residuos sólidos, los principios biológicos siguen siendo los mismos, y cuando se diseñan y se operan correc­tamente, todos producen un compost de similar calidad en aproximadamente el mismo período de tiempo.

 

 

Métodos de compostaje comúnmente utilizados: (a) hilera con volteo periódico, (b) pila estática aireada y (c) flujo pistón en biorreactor.

Microbiología del proceso

Durante el proceso de compostaje aerobio, están activos diversos microorga­nismos aerobios facultativos y obligados- En las fases primarias del proceso de compostaje, las más predominantes son las bacterias mesofíiicas, Después de subir las temperaturas en el compost, predominan las bacterias termofílicas, que conducen a hongos termofílicos que aparecen después de 5 ó 10 días. En las últimas etapas, o período de maduración, aparecen mohos y actinomicetos. Si no están presentes concentraciones significativas de estos microorganismos en algunos tipos de residuos biodegradables (por ejemplo, papel de periódico), puede que sea necesario añadirlos a! material fermentándose como un aditivo o inoculo.

 La microbiología de todos los procesos de compostaje aerobio es similar. Los parámetros cruciales para el control de los procesos de compostaje aero­bio incluyen: contenido en humedad, relación C/N y temperatura. Para la mayoría de los residuos orgánicos biodegradables, una vez que el contenido en humedad está en un nivel idóneo (50 a 60 por 100) y la masa está aireada, entonces el metabolismo microbiano se acelera. Los microorganismos aero­bios, que utilizan oxígeno, se alimentan de materia orgánica y desarrollan tejido celular a partir de nitrógeno, fósforo, algo de carbono y otros nutrientes necesarios. Gran parte de! carbono sirve como fuente de energía para los organismos y se quema y se expulsa como dióxido de carbono. Como el carbono orgánico puede servir como fuente de energía y como carbono celular, se requiere más carbono que, por ejemplo, nitrógeno.

Consideraciones de diseño y funcionamiento

Las principales consideraciones de diseño asociadas con la descomposición biológica aerobia de residuos sólidos preparados

Por esta razón, la mayoría denlas operaciones comerciales de com­postaje que han sido desarrolladas están muy mecanizadas y se llevan a cabo en instalaciones especialmente diseñadas, donde se pueden controlar eficaz­mente los factores de diseño En los siguientes párrafos se justifican las principales consideraciones de di­seno.

 Tamaño de partículas. La mayoría de los materiales que conforman los residuos sólidos son de forma irregular. Se puede reducir esta irregularidad sustancialmenie mediante la trituración de los materiales orgánicos antes de fermentarlos. El tamaño de las partículas influye en la den­sidad bruta, la fricción interna y las características del flujo, y las fuerzas de arrastre de los materiales. Lo más importante de todo, un tamaño de partícu­las reducido, incrementa la velocidad de las reacciones bioquímicas durante el proceso de compostaje aerobio- El tamaño de partículas más deseable para el compostaje es menor de 5 cm, pero se pueden fermentar partículas más gran­des. El tamaño de partícula del material que se fermenta está controlado en parte por los requisitos del producto final y por consideraciones económicas.

 Relación carbono-nitrógeno. El factor ambiental más importante del com-postaje es la relación carbono-nitrógeno (relación C/N). El rango óptimo para la mayoría de los residuos orgánicos está entre 20 y 25 a 1, los fangos tienen relaciones C/N bajas, mientras que los residuos de jardín, tales como hojas, y los periódicos, tienen relaciones C/N relativamente altas.

 Se debería resaltar que las relaciones C/N están basadas en los pesos secos totales del carbono y nitrógeno, y no en el peso seco de la fracción biodegradable del material orgánico.

 En general, todo el nitrógeno orgánico presente en la mayoría de los compuestos orgánicos llegará a estar disponible, mientras que no todo el carbono orgánico será biodegradable. Según el material residual en cuestión, la relación C/N calculada sobre una base de pesos totales de carbono y nitrógeno podría ser equívoca, especialmente en aquellos casos en los que todo e! nitrógeno disponi­ble es biodegradable, pero solamente una porción de carbono orgánico es biode-gradable (por ejemplo, lignina en papel residual) [14].

 Así, suponiendo que todo el nitrógeno está disponible, la relación C/N de la fracción orgánica de los RSU puede variar desde aproximadamente 34 hasta 60, según que el carbono dispo­nible sea parcial o totalmente biodegradable [14]. La mezcla de un residuo con un contenido alto en carbono y bajo en nitrógeno (por ejemplo, lignina en papel de periódico) con un residuo alto en nitrógeno (por ejemplo, residuos de jardín) se utiliza para lograr relaciones óptimas para el compostaje.

 Mezcla y siembra. Los dos factores que pueden afectar a la mezcla de la fracción orgánica de los RSU para el compostaje son la relación C/N y el contenido en humedad. Normalmente se requiere el análisis en laboratorio para determinar cómo deberían mezclarse diversos materiales orgánicos para su compostaje aerobio. Si la fracción orgánica de los RSU contiene cantidades significativas de papel u otros sustratos ricos en carbono, se pueden mezclar otros materiales orgánicos tales como residuos de jardín, estiércol o fangos de plantas de tratamiento de aguas residuales para proporcionar una relación C/N casi óptima.

  Contenido en humedad. El contenido en humedad óptimo para el com-postaje aerobio está en el rango del 50 ai 60 por 100. La humedad puede ajustarse mediante Ja mezcla de componentes o la adición de agua. Cuando el contenido en humedad del compost cae por debajo del 40 por 1OO, se reduce la velocidad de fermentación.

 Mezcla/volteo. La mezcla inicial de los residuos orgánicos es esencial para incrementar o disminuir el contenido en humedad hasta un nivel óptimo- Se puede utilizar la mezcla para conseguir una distribución más uniforme de nutrientes y microorganismos. El volteo del material orgánico durante el proceso de compostaje es un factor operacional muy importante para mante­ner la actividad aerobia. Como el volteo puede depender del contenido en humedad, las características de los residuos o las necesidades de aire, es imposible especificar una frecuencia mínima de volteo o número de vueltas en términos generales. Para un residuo orgánico que tiene una humedad máxima de! 66 por 100 y un período de compostaje de 15 dfas se ha sugerido la primera vuelta en el tercer día. Desde entonces en adelante, se debería voltear cada dos

días hasta un total de cuatro o cinco vueltas.

Temperatura. Los sistemas de compostaje aerobios pueden funcionar en ambas regiones de temperatura, o bien en el mesofílico, 30 a 38 °C (85 a 100 °F), o bien en el termofílico, 55 a 60 °C (131 a 140 °F). La subida de temperatura observada en los residuos en fermentación se produce por las reacciones exotérmicas asociadas con el metabolismo respiratorio (ver Ecuación 14.1). En los sistemas de compostaje con pilas estáticas aireadas y en biorreactores, se puede regular la temperatura supervisando la temperatura y controlando la corriente de aire. Para el compostaje en hileras, solamente puede controlarse la temperatura indirectamente, variando la frecuencia del volteo, basándose en las mediciones de temperatura. En general, la temperatura fallirá de la pila caerá de 5 a 10 °C después de su volteo, pero dentro de unas horas volverá a su nivel anterior. Las temperaturas de las hileras descienden después de 10 a 15 días, cuando se oxida el material orgánico fácilmente biodegradable.

 Control de patógenos. La destrucción de organismos patógenos es un elemento importante de diseño en el proceso de compostaje, porque afectará al perfil de temperatura y a! proceso de aireación.

 Por ejemplo, la especie bacteriana saímonela puede ser destruida en 15 ó 20 minutos cuando se expone a temperaturas de 60 °C, o en una hora a 55 °C. se pone de manifiesto que la mayoría de los patógenos serán destruidos rápidamente cuando todas las par­tes de la pila de compost están sometidas a una temperatura de apro­ximadamente 55 °C. Solamente unos pocos pueden sobrevivir a temperatu­ras de hasta 67 °C durante un corto período de tiempo. Se pueden eliminar todos los microorganismos patógenos dejando que el material que esté fermentándose llegue a una temperatura de 70 °C durante 1 ó 2 horas La Agencia para la Protección Ambiental (EPA) USA ha requerido nor­mativas específicas de tiempo-temperatura para el control de los patógenos en los sistemas de compostaje.

 */Estas condicione! son fáciles de cumplir en los sistemas de compostaje que funcionan co rrectamente. En las Referencias 5, 6 y 7 se explican con más amplu detalle la microbiología y la cinética de la desactivación con calor de pa togenos.

 Requisitos de aire. En los procesos de aireación forzada, tales como siste­mas de pila estática aireada y en biorreactores, el requerimiento total de aire y la tasa de flujo de aire son parámetros esenciales de diseño. En el Ejem­plo 14-4 se ilustra el cálculo de los requisitos totales de aire y la tasa de flujo de aire para un sistema de compostaje en biorreactor. Los cálculos para un sistema de pila estática aireada son similares.

Control del pH. El control del pH es otro parámetro importante para evaluar el ambiente microbiano y la estabilización de residuos. El valor del pH, como la temperatura, del compost vana con el tiempo durante e! proceso de compostaje. El pH inicial de la fracción orgánica de los RSU está normal­mente entre 5 y 7- El pH del material fermentado variará según el perfil pH-tiempo.

En los primeros días de com­postaje, el pH cae a 5 o menos. Durante esta etapa la masa orgánica está a temperatura ambiente, comienza la reproducción de organismos mesofílicos, y sube rápidamente la temperatura. Entre los productos de esta etapa inicial están los ácidos orgánicos simples, que causan la caída del pH. Después de aproximadamente tres días, la temperatura llega a la etapa termofilíca, y el pH empieza a subir hasla aproximadamente 8 ó 8,5 para el resto del proceso aerobio. El valor del pH cae ligeramente durante la etapa de enfriamiento y llega a un valor en el rango de 7 a 8 en el compost maduro. Si el grado de aireación no es adecuado, se producirán condiciones anaerobias, el pH caerá hasta aproximadamente 4-5, y el proceso de compostaje se retrasará.

Grado de descomposición. No hay disponible una buena metodología para medir el grado de descomposición. Sin embargo, se han propuesto varias metodologías. Los métodos propuestos son: a) caída final de tempera­tura, b) grado de capacidad de aulocalentamiento, c) cantidad de materia orgánica descomponible y resistente en el material fermentado, d) subida en potencial redox, e) captación de oxígeno, O crecimiento de hongos chuflomium gracilis, y g) ensayo'almidón-yodo.

El análisis en laboratorio de la demanda química de oxígeno (DQO) y el ensayo de lignina proporcionan un control rápido para determinar el grado de descomposición. Un valor DQO bajo y un alto contenido en lignina (mayor que el 30 por 100) son indicativos de un compost estable.

 Control de oloras. La mayoría de los problemas de olores en los procesos de compostaje aerobio están asociados al desarrollo de condiciones anaerobias dentro de la pila de compost. En muchos sistemas de compostaje aerobio a gran escala, es común encontrar piezas de revistas, libros, plásticos (especial­mente películas plásticas) o materiales similares en el material orgánico que está fermentándose. Normalmente no se pueden descomponer estos materiales en un tiempo relativamente corto en una pila de compost- Es más, como a menudo no hay suficiente oxígeno disponible en el centro de tales materiales, pueden desarrollarse condiciones anaerobias. Bajo condiciones anaerobias, se producirán ácidos orgánicos, muchos de los cuales son extremadamente olo­rosos. Para minimizar los problemas potenciales de olores, es importante reducir el tamaño de las partículas, separar plásticos y otros materiales no biodegradables del material orgánico que se va a fermentar, o utilizar en elementos separados en origen o no contaminados.

 Necesidades de terreno. Las necesidades de terreno son otro elemento importante que hay que tener en cuenta en los procesos de compostaje aero­bio. Por ejemplo, en eS compostaje en hileras para una planta con una capa­cidad de 50 t/d se necesitará aproximadamente 1 Ha de terreno. De este total, se dedicará 0,5 Ha para edificios, equipamiento de planta y carreteras. Para cada 50 t adicionales, se estima que sería necesario 0,5 Ha para la operación de compostaje y que 0,1 Ha serían para edificios y carreteras. Las necesidades de terreno para sistemas altamente mecanizados varían con el proceso- Una planta con capacidad para 50 t/d no es irrazonable;

pero para las plantas más grandes, las necesidades serían menores.

 Procesamiento del compost para el mercado. La economía de los siste­mas de composiaje mejora notablemente si se puede vender el compost. Para ser comercial, el compost tiene que ser de un tamaño consistente; libre de contaminantes como vidrio, plástico y metales; y libre de olores molestos. El tipo de procesamiento utilizado para preparar compost para su venta depen­derá de las especificaciones del compost. Frecuentemente se utilizan la tritu­ración y el cribado para producir un producto más uniforme.  En algunos casos, se pueden añadir aditivos para subir el valor del producto final. 700 mg/1, respectivamente. 

Una cantidad suficiente de nutrientes, tales como nitrógeno y fósforo, también han de estar disponibles para asegurar el crecimiento correcto de la comunidad biológica. Según la naturaleza de los fangos o de residuos que van a digerirse, quizás también se requerirán factores de crecimiento. Otro parámetro ambiental im­portante es la temperatura- Las gamas de temperaturas óptimas son las me-sofílicas, 30 a 38 °C (85 a 100 °F) y las termonlicas, 55 a 60 °C (131 a 140°F).

 

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