Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. ÍNDICE DEFINICIÓN DE COMPOSTAJE .......................................................................................5 DESARROLLO HISTÓRICO DEL COMPOSTAJE..................................................................6 LA MATERIA ORGANICA BASE DEL COMPOSTAJE ..........................................................7 PROCESOS DE FERMENTACION DE RESIDUOS................................................................9 FERMENTACIONES AEROBIAS Y ANAEROBIAS ...................................................................... 9 PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE COMPOSTAJE.................................. 11 TRATAMIENTO PREVIO DE LOS RESIDUOS.......................................................................... 11 PARAMETROS A CONTEMPLAR EN EL COMPOSTAJE AEROBIO ..................................... 14 PH ........................................................................................................................................ 14 HUMEDAD ........................................................................................................................... 14 TEMPERATURA .................................................................................................................... 14 AIREACIÓN EN PROCESOS AEROBIOS ................................................................................. 15 RELACIÓN C/N ..................................................................................................................... 15 GRANULOMETRÍA ............................................................................................................... 15 HOMOGENEIDAD Y SIEMBRA.............................................................................................. 15 DESINFECCIÓN POR LA TEMPERATURA .............................................................................. 15 PARAMETROS A CONTEMPLAR EN EL COMPOSTAJE ANAEROBIO ................................ 17 PROCESOS DE LOS SISTEMAS DE COMPOSTAJE ........................................................... 21 SISTEMAS AEROBIOS ........................................................................................................... 21 SISTEMAS ABIERTOS .................................................................................................... 22 8.1.2.1 COMPOSTAJE EN PILAS ESTÁTICAS CON AIREACIÓN NATURAL:................................. 23 8.1.2.2 COMPOSTAJE EN PILAS ESTÁTICAS CON VENTILACIÓN FORZADA: ............................ 23 8.1.2.3 COMPOSTAJE EN PILAS POR VOLTEO:......................................................................... 24 8.1.2.4 OTROS TIPOS DE COMPOSTAJE ABIERTO .................................................................... 25 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. SISTEMAS CERRADOS .................................................................................................. 26 8.1.3.1 FERMENTADORES VERTICALES: .................................................................................. 27 8.1.3.2 REACTORES HORIZONTALES:....................................................................................... 28 SISTEMAS ANAEROBIOS ...................................................................................................... 30 COMPOSTAJE ANAEROBIO DE LOTES SECUENCIALES (CALS) ...................................... 30 PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA DE SÓLIDOS EN ALTA CONCENTRACIÓN/COMPOSTAJE AEROBIO................................................................................. 31 PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA DE SEMISÓLIDOS/COMPOSTAJE AEROBIO ..... 31 DIGESTIÓN ANAEROBIA EN DOS ETAPAS .................................................................... 31 PROCESO BIORESIDUO ................................................................................................ 31 PROCESO KAMPOGAS ................................................................................................. 32 PROCESO DRANCO ...................................................................................................... 32 PROCESO BTA .............................................................................................................. 32 DIGESTIÓN ANAEROBIA EN ALTA CONCENTRACIÓN. ................................................. 32 DATOS DE ALGUNAS PLANTAS EXISTENTES ................................................................. 39 ESPECIFICACIONES PARA EL COMPOST ....................................................................... 40 CONTENIDO DE INERTES ..................................................................................................... 40 CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA ................................................................................. 41 CONTENIDO DE NUTRIENTES .............................................................................................. 41 CONTENIDO DE SALES ......................................................................................................... 42 CONTENIDO DE HUMEDAD ................................................................................................. 43 VALOR DEL PH ..................................................................................................................... 43 DENSIDAD ........................................................................................................................... 43 ESPECIFICACIONES SOBRE ESTABILIZACIÓN ....................................................................... 43 ESPECIFICACIONES MICROBIOLÓGICAS .............................................................................. 43 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE COMPOST ................................................................ 44 VALORACIÓN AGRONÓMICA DE LOS COMPOST .......................................................... 45 ACCIÓN CORRECTORA DEL COMPOST ................................................................................ 45 ASPECTO FÍSICO........................................................................................................... 45 ASPECTO BIOLÓGICO................................................................................................... 45 ASPECTO NUTRICIONAL .............................................................................................. 45 INFLUENCIA DEL PROCESO SOBRE EL VALOR AGRONÓMICO DEL COMPOST .................... 46 LIMITES A LA UTILIZACIÓN DEL COMPOST .................................................................. 46 12.2.1.1 SALINIDAD ............................................................................................................... 46 12.2.1.2 MICROORGANISMOS PATÓGENOS ......................................................................... 46 12.2.1.3 METALES PESADOS .................................................................................................. 46 12.2.1.4 PASO DE METALES DEL SUELO A LA PLANTA .......................................................... 47 NORMATIVA PARA EL USO DE MATERIALES ORGÁNICOS EN AGRICULTURA ................. 48 SISTEMA OPERATIVO ................................................................................................. 49 COMPOST EN MONTONES .................................................................................................. 49 COMPOST EN PILAS CON AIRECIÓN FORZADA ................................................................... 49 COMPOST POR VOLTEO AUTOMÁTICO .............................................................................. 50 SISTEMAS DE COMPOSTAJE DEL PROYECTO....................................................................... 50 MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL TRABAJO ................................................................... 52 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. ÍNDICE DE CUADROS CUADRO 3.1. COMPONENTES DE LOS RESIDUOS EN ESPAÑA, EN LOS COMIENZOS DEL SIGLO XXI ....................................................................................................................................7 CUADRO 3.2. CONTENIDO DE N Y RELACIÓN C/N EN DIVERSOS RESIDUOS. ...........................8 CUADRO 5.1. PRETRATAMIENTOS PREVIOS AL COMPOSTAJE .............................................. 11 CUADRO 6.1. DESTRUCCIÓN DE MICROORGANISMOS EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA... 16 CUADRO 8.1. SISTEMAS DE COMPOSTAJE (GASSER, 1984) .................................................. 21 CUADRO 8.2. SISTEMAS AERÓBICOS DE COMPOSTAJE ........................................................ 22 CUADRO 8.3. CUADRO COMPARATIVO DE LOS SISTEMAS DE COMPOSTAJE AEROBIOS ........ 29 CUADRO 8.4. CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA LA DIGESTIÓN ANAEROBIA DE SÓLIDOS EN ALTASCONCENTRACIONES DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE RSU .......................................... 33 CUADRO 8.5. ANÁLISIS COMPARATIVO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA DE SÓLIDOS EN BAJA Y ALTA CONCENTRACIÓN ...................................................................................................... 36 CUADRO 10.1. CONTENIDO DE HUMUS EN ESTIÉRCOL Y EN COMPOST URBANO ................. 41 CUADRO 10.2. COMPOSICIÓN DE UN COMPOST URBANO................................................... 42 CUADRO 12.1. PROCEDENCIA DE LOS METALES PESADOS ENCONTRADOS ........................... 46 CUADRO 14.1. SISTEMAS DE COMPOSTAJE POR CIUDAD .................................................... 50 CUADRO 15.1. CONTROL DE INGRESO DE RESIDUOS SÓLIDOS A LA PANTA DE COMPOST .... 53 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. DEFINICIÓN DE COMPOSTAJE Se entiende por compostaje al proceso de transformación de la materia orgánica para obtener un producto, compost, con valor agrícola. Debe considerarse el compostaje como una reutilización de los residuos sólidos urbanos. Una definición adecuada es la que aparece en la norma francesa AFNOR U 44-051, que define el compost urbano como mezcla de los residuos, fundamentalmente urbanos, que sometidos a un proceso de fermentación, alcanzando una temperatura superior a los 60ºC durante un periodo superior a 4 días, siendo sometidos a otras múltiples acciones de selección y afino. El compost es en definitiva una masa constituida por distintos productos, como: Materia orgánica heterogénea fermentada (aeróbica y/o anaeróbicamente) Producto integrado por agregados estabilizados con adherentes orgánicos de origen microbiano, o estabilizados con cementos inorgánicos, si hay presentes restos de tierra. Producto rico en compuestos orgánicos biodegradables y sustancias de naturaleza húmica, derivadas del metabolismo bacteriano y fúngico (melaninas), si no han sufrido un proceso de biometanización. Producto rico en sustancias no biodegradables de origen antrópico (urbano e industrial), cuando no ha habido una correcta “recogida selectiva de basuras. Producto rico en sustancias propias del catabolismo microbiano del proceso fermentativo aerobio y/o anaerobio. Producto rico en iones (aniones y cationes) liberados de la evolución de los RSU aportados al proceso de compostaje. Producto rico en componentes biológicos, cuya configuración depende de los procesos de fermentación aeróbica y/o anaeróbica , y maduración que hayan sufrido los RSU de partida. Anexo Nº4: Manual de Compost 5 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. DESARROLLO HISTÓRICO DEL COMPOSTAJE Desde que el hombre se estableció en lugares concretos, ha utilizado sus basuras, restos vegetales, estiércol de sus animales domésticos, dejándolos fermentar en pilas, y utilizando el producto para abonos de sus suelos agrícolas. Pero es a partir del siglo XX cuando, de forma tecnificada, se aprovechan los residuos sólidos fermentados para mejora de los suelos. 1920, Beccari en Florencia utiliza un proceso de fermentación anaerobia, seguido de un proceso aerobio. 1931, se mejora el sistema anterior, sustituyendo la fermentación anaerobia por una fase aerobia con inyección de aire. 1932, Dano (Dinamarca) construye un reactor aerobio, denominado bio-estabilizador, constituido por un largo cilindro giratorio, ligeramente inclinado. Se lograba una estabilización suficiente en 3 ó 5 días. 1939, Earp Thomas, en Hampton (New Jersey), utiliza un sistema aerobio, mezclando y volteando con rejas rotativas múltiples, aireando artificialmente. 1949, Frazer (EE.UU) patenta un reactor mecanizado para volteo continuo y aireación del proceso. Posteriormente empiezan a aparecer numerosos procesos como Biotam, Carel- Fouché, Prat, Socaltra, Triga, etc. Ya en 1969, existían, en el Mundo, 2.600 plantas de compostaje, 2.500 de pequeño tamaño. En 1978, Las plantas de compostaje, en España, trataban un 10% de los residuos urbanos. Se producían 438.000 t/año, unos 12,5 kg por habitante. En el momento actual la mayor planta de compostaje trata la materia orgánica de Madrid. Anexo Nº4: Manual de Compost 6 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. LA MATERIA ORGANICA BASE DEL COMPOSTAJE La distribución de los macroconstituyentes de los residuos sólidos en España al comenzar el siglo XXI queda reflejada en la siguiente tabla, en la que se ve la importancia del contenido de materia orgánica. CUADRO 3.1. COMPONENTES DE LOS RESIDUOS EN ESPAÑA, EN LOS COMIENZOS DEL SIGLO XXI Componentes (%) Madrid Zona turística media Media comarcal Media nacional 1-92 – 4,31 3,19 – 5,71 0,18 – 3,00 0,12 – 1,46 3,0 15,0 0,5 1,0 2,0 2,0 0,5 0,55 4,0 4,5 1,0 5,0 29,63 – 47,67 45,0 35,0 60,0 10,34 – 14,25 6,13 – 11,45 11,47 – 17,82 1,64 – 2,43 0,15 – 0,58 1,64 – 4,09 100 15,0 3,0 16,0 0,5 0,5 0,5 20,0 14,0 20,0 2,0 1,0 1,0 13,0 3,5 5,5 1,0 1,0 1,5 Materia inerte Metales (Recuperable) Vidrio (Recuperable) Restos residuos domiciliarios Tierras y cenizas Material fermentable Materia orgánica Materia combustible Papel (Recuperable) Cartón (Recuperable) Plásticos (Recuperable) Madera Gomas, cuero y varios Trapos TOTAL 100 100 100 Fuente: Elaboración propia Si bien el porcentaje del contenido de materia orgánica tiende a descender en los países desarrollados, la cantidad en valor absoluto da unas cifras altas de contenido orgánico. Se justifica así el interés del compostaje hacia el futuro. En el compostaje, conjuntamente con la materia orgánica de los residuos sólidos urbanos se van añadiendo otros residuos, tales como: Lodos de estaciones depuradoras, purines, estiércol, serrín , cortezas de árboles, restos de poda, restos de jardines, paja, restos de cosechas, restos de algunas industrias agroalimentarias, etc. Las características de contenidos de nutrientes y la relación C/N varía enormemente, dependiendo del tipo de residuo considerado. Anexo Nº4: Manual de Compost 7 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. CUADRO 3.2. CONTENIDO DE N Y RELACIÓN C/N EN DIVERSOS RESIDUOS. Residuo Restos de comida Residuos de fruta Residuos mezcla de mataderos Residuos restos de patata Estiércol De vaca De caballo De cerdo De aves de corral De oveja Lodos de depuradoras Lodos activados digeridos Lodos activados Residuos de jardín Cesped Hojas Papel Papel mezclado Papel de periódico Revistas comerciales Basura de correos Madera y paja Restos de serrerías Serrín Madera de pino Paja de avena Paja de trigo % de N en relación con la materia seca Relación C/N 1,52 7,0 – 10,0 1,5 34,8 2,0 25,0 1,7 2,3 3,7 6,3 3,7 18,0 25,0 20,0 15,0 22,0 1,9 5,6 15,7 6,3 2,2 0,5 – 1,0 20,1 40,0 – 80,0 0,3 0,1 0,1 0,2 170,0 980,0 470,0 220,0 0,1 0,1 0,1 1,0 0,3 170,0 200,0 – 500,0 720,0 48,0 128,0 Fuente: Elaboración propia Anexo Nº4: Manual de Compost 8 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. PROCESOS DE FERMENTACION DE RESIDUOS Es necesario señalar aquí que el compostaje puede tener dos fines diferenciados, que siempre deben tenerse en cuenta: Compostaje como proceso de tratamiento de los residuos Compostaje como sistema de producción de compost, humus y nutrientes para fines agrícolas. Un proceso de fermentación de residuos integra al menos las siguientes etapas: Selección y trituración de la materia orgánica Fermentación Afinado del compost Eliminación o tratamiento de los rechazos del proceso. La selección y trituración pretenden: Recuperar los elementos reutilizables y reciclables. Separar los productos rechazables. Eliminar productos perjudiciales para los suelos. Eliminar los productos tóxicos e inhibidores del proceso. Dar el tamaño de partículas más adecuado para el proceso de compostaje. FERMENTACIONES AEROBIAS Y ANAEROBIAS Los procesos de fermentación pueden ser aerobios o anaerobios, pudiendo tener lugar en los vertederos, en reactores de tipo natural o en reactores artificiales. El proceso depende fundamentalmente de parámetros como: composición de los residuos, biodegradabilidad, tamaño de las partículas, mezcla, pH, humedad y temperatura. El proceso anaerobio, en los rellenos sanitarios, genera cantidades significativas, que de escaparse a la atmosfera, contribuyen al efecto invernadero. La fermentación aerobia es muy sensible a la temperatura. Anexo Nº4: Manual de Compost 9 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. La fermentación anaerobia incluye una etapa de hidrolización, una etapa de formación de ácidos y una etapa metánica. La producción de gas es muy variable, variando de los 45 m3/t de basura a los 450 m3/t de basura. Las calorías de este gas del orden de las 4670 kcal/ m3, pueden llegar hasta las 9.300 kcal/ m3, según la incorporación de otros residuos biodegradables unidos a los residuos sólidos urbanos. En grandes plantas es indudable la conveniencia de su aprovechamiento. Anexo Nº4: Manual de Compost 10 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE COMPOSTAJE TRATAMIENTO PREVIO DE LOS RESIDUOS Tanto en el proceso aerobio, como en el anaerobio, un sistema de tratamiento previo es necesario antes del compostaje de los residuos sólidos. El tratamiento, como ejemplo general en plantas grandes, integraría los siguientes elementos: CUADRO 5.1. PRETRATAMIENTOS PREVIOS AL COMPOSTAJE Descarga de camión en foso Foso de recepción Separador de voluminosos Pulpo de alimentación a tolva Tolva de alimentación a cinta transportadora Cinta de velocidad variable de alimentación trómel separador de orgánicos Trómel separador orgánicos (paso de 80 mm.) dotado de cuchillas abre-bolsas Cintas de orgánicos, paso desde el trómel hacia proceso de compostaje Cintas de los materiales salidos del tromel a plataforma de triaje manual Separadores de férricos y no férricos en la línea de orgánicos Recuperación de plásticos Fuente: Elaboración propia Sistema que puede por supuesto simplificarse en pequeñas instalaciones, pasando a procesos manuales la mayor parte. Con el siguiente diagrama de proceso: Anexo Nº4: Manual de Compost 11 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. DIAGRAMA DE FLUJOS DE UNA PLANTA DE CLASIFICACIÓN Y RECUPERACIÓN QUE DEBE INSTALARSE DE FORMA PREVIA AL PROCESO DE COMPOSTAJE. TRANSPORTE A PLANTA DE TRATAMIENTO Camión TRITURADOR DE DESCARGA EN FOSO DE RECEPCIÓN VOLUMINOSOS Pulpos ALIMENTACIÓN TOLVA DE CABEZA DE PROCESO Cinta transportadora velocidad variable FRACCIÓN ORGÁNICA TRÓMEL ROMPEBOLSAS, CON A COMPOSTAJE CRIBA 800 mm Cinta transportadora TRIAJE MANUAL VIDRIO Cinta Transportadora ACOPIO PRENSA/ CINTA TRANSPORTADORA PLÁSTICO PLANTA PLÁSTICOS PAPEL Y CARTÓN (en su caso) SEPARADOR FÉRRICOS (Over PRENSA Band) PRENSA Cinta Transportadora SEPARADOR ALUMINIO (Corrientes ACOPIO/ de Foucault) PRENSA Transporte mediante tractor con remolque RECHAZO A VERTEDERO Anexo Nº4: Manual de Compost 12 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. DIAGRAMA DE PROCESO DE LA PLANTA DE COMPOSTAJE Y AFINO DEL CTRSU - LAS DEHESAS. COMPLEJO VALDEMINGÓMEZ, MADRID. Fuente: Elaboración propia Anexo Nº4: Manual de Compost 13 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. PARAMETROS A CONTEMPLAR EN EL COMPOSTAJE AEROBIO PH El pH de los residuos sólidos urbanos oscila entre valores de 6 y 7,5, siendo valores adecuados para el proceso de compostaje, siendo el óptimo para el compostaje aerobio un valor entre 7,0 y 7,5. Con valores superiores a 8,5 se pierde nitrógeno por volatilización del amoniaco. HUMEDAD La humedad de los residuos es muy variable, oscilando normalmente entre un 30% y un 70%. La humedad óptima, para el proceso de compostaje, se encuentra en torno al 55%, entre el 50 y el 60%. Un contenido bajo de humedad disminuye la movilidad de los microorganismos y un descenso del proceso metabólico. Un contenido mayor de humedad lleva el proceso a condiciones anaeróbicas, al impedir el paso del aire por los huecos de las partículas. Por otro lado valores altos del contenido de humedad disminuyen la elevación de la temperatura en el proceso de compostaje. TEMPERATURA El proceso metabólico depende fundamentalmente de la temperatura. Los microorganismos mesofílicos incrementan su acción desde los 12ºC hasta los 32 – 33ºC, disminuyendo su actividad hasta alcanzar los 36ºC. Sobrepasando estos valores, las encimas se desestabilizan y termina el proceso exotérmico de los microorganismos mesofílicos. Los microorganismos termofílicos desarrollan su actividad a partir de los 40ºC, incrementándose ésta hasta los 55 – 60ºC. A partir de esta temperatura la actividad disminuye hasta alcanzar los 65ºC, en la que desaparece toda actividad por un proceso de pasteurización. Para un compostaje aerobio es conveniente mantener, en los tres primeros días una temperatura entre los 50 y los 55ºC, y posteriormente entre los 55 y los 60ºC. Para la eliminación de microorganismos patógenos, semillas y de hierbas debe mantenerse, al menos durante un día, una temperatura superior a los 60ºC. Debe considerarse que un volteo puede hacer descender la temperatura de una pila de residuos entre 15ºC y 40ºC. En una aireación forzada puede incorporarse aire caliente para mantener o elevar la temperatura. Anexo Nº4: Manual de Compost 14 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. AIREACIÓN EN PROCESOS AEROBIOS Si el proceso de fermentación es aerobio, es fundamental garantizar la llegada de oxígeno a todos los microorganismos que intervienen en el proceso. Unas condiciones aerobias adecuadas evita la generación de malos olores. La aireación puede lograrse de forma natural, por volteos, o por aireación artificial. RELACIÓN C/N La relación de C/N de los residuos varía normalmente entre 60 y 90. Con vista al compostaje debe tenerse en cuenta la fermentabilidad de los residuos, así como el equilibrio de nutrientes, que garanticen la buena marcha del proceso. La relación óptima para el compostaje aerobio se encuentra entre 25 y 50. GRANULOMETRÍA En los sistemas aerobios, el aire circula mejor entre los huecos con granulometría de las partículas gruesas. La pérdida de carga aumenta enormemente en el flujo del aire, a través de los huecos, a medida que se trituran más y más los residuos, lo que puede llevar a condiciones anaeróbicas las pilas de residuos. Por el contrario a mayor trituración mayor superficie específica de los residuos, incrementándose la acción metabólica de los microorganismos. En consecuencia debe mantenerse unos límites en la trituración de los residuos, si se quiere optimizar el proceso de compostaje. El tamaño óptimo de los residuos debe estar entre los 25 y 30 mm. HOMOGENEIDAD Y SIEMBRA Es imprescindible para un buen compostaje mezclar adecuadamente la masa de residuos durante el proceso. La siembra con productos del proceso, en cantidades entre el 1 y el 5% en peso, mejora el proceso, reduciéndose considerablemente el tiempo del compostaje. DESINFECCIÓN POR LA TEMPERATURA Si se busca la desinfección del compost por efecto de la temperatura, deberán tener en cuenta los siguientes efectos. Anexo Nº4: Manual de Compost 15 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. CUADRO 6.1. DESTRUCCIÓN DE MICROORGANISMOS EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA ORGANISMO Ascaris lumbricoides (huevos) Brucella abortus, Br. suis Corynebacterium diphtheriae Entamoeba histolytica (quistes) Escherichia coli Esporas Micrococcus pyogenes var. aureus Mycobacterium tuberculosis, var. hominis Nacator americanus Parásitos para los vegetales, mosca de la fruta, hongos, (Olpidum brassicae, Plasmodiophora brassicae) Salmonella spirilum Salmonella thyphosa Semillas Shigella spirilum Streptococcus pyogenes Taenia saginata Trichinella spiralis (larvas) CONDICIONES POR TEMPERATURA Muerte en menos de una hora con más de 50ºC Muerte en 3 minutos con más de 62ºC Muerte en 1 hora con más de 55ºC Muerte en 45 minutos con más de 55ºC Muerte en pocos minutos con más de 45ºC. Muerte en pocos segundos con más de 55ºC Muerte en 1 hora con más de 55ºC Muerte en 20 minutos con más de 60ºC Muerte en tre días con más de 55ºC Muerte en 10 minutos con más de 95ºC Muerte en tres minutos con más de 100ºC Muerte en 10 minutos con más de 50ºC Muerte en 20 minutos con más de 66ºC Muerte en 50 minutos con más de 45ºC Destrucción en compostaje Muerte en 1 hora con más de 55ºC Muerte en 20 minutos con más de 60ºC Muerte en 30 minutos con más de 55ºC Muerte en 20 minutos con más de 60ºC Destruidas con más de 60ºC Muerte en 1 hora con más de 55ºC Muerte en 10 minutos con más de 55ºC Muerte en en pocos minutos con más de 55ºC Muerte rápida con más de 55ºC Muerte instantánea co más de 60ºC Fuente: Elaboración propia Anexo Nº4: Manual de Compost 16 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. PARAMETROS A CONTEMPLAR EN EL COMPOSTAJE ANAEROBIO El proceso de fermentación anaerobia consiste en la degradación biológica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno, y en presencia de bacterias hidrolíticas y metanogénicas que se encuentran en los propios residuos. Es una alternativa cada vez más interesante la fermentación anaerobia de los residuos sólidos, teniendo en cuenta la generación de gas en el proceso. El proceso normal puede efectuarse en un único digestor, o en doble digestor, en etapas, dándose las acciones acidogénicas y metanogénicas de forma simultánea en ambos digestores. La conversión de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos bajo condiciones anaerobias se produce en tres pasos. El primer paso en el proceso, licuefacción, implica la transformación mediada por enzimas (hidrólisis), de compuestos de masas moleculares más altas a compuestos aptos para usar como fuente de energía y tejido celular. En esta etapa las enzimas extracelulares hidrolizan los carbohidratos complejos a simples azúcares, las proteínas a péptidos y los aminoácidos y grasas a glicerol y ácidos, siendo el producto final de la licuefacción ácidos orgánicos volátiles. El segundo paso, denominado gasificación, implica la conversión bacteriana de los compuestos resultantes del primer paso a compuestos intermedios identificables de masa molecular más baja. El tercer paso implica la conversión bacteriana de los compuestos intermedios a productos finales sencillos, principalmente metano y dióxido de carbono. Finalmente, la materia orgánica soluble es también descompuesta. La descomposición de la materia orgánica por las bacterias se realiza en ausencia de aire. El oxígeno necesario para su desarrollo lo obtienen del propio alimento. Factores que afectan la digestión anaerobia. La digestión se ve afectada por una serie parámetros que intervienen en su desarrollo. Temperatura. Es un factor importante para la determinación de la producción de metano y el volumen de los digestores, permitiéndose una permanencia mínima en los tanques que operan en un rango termofílico. Este efecto de la temperatura puede apreciarse en la figura 1, observándose que los Anexo Nº4: Manual de Compost 17 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. organismos mesofílicos actúan a temperaturas comprendidas entre los 12 ºC y los 35ºC, optimizándose el proceso entre los 29 ºC y los 33 ºC. Los hemofílicos trabajan entre los 37 ºC y los 65 ºC, con un óptimo en las proximidades de los 55 ºC. La digestión termófila se presenta como un tratamiento muy atractivo por el menor tiempo de residencia y gran producción de metano. A su vez este proceso realiza una pasteurización del efluente a tratar lo que garantiza una eliminación de patógenos, que en el caso del proceso mesófilo es menor. Sin embargo la alta sensibilidad de las bacterias metanogénicas termófilas a las variaciones de temperatura, y el consumo energético necesario para mantener el calor en el reactor biológico, hacen que este tipo de procesos no sean los más utilizados. pH Los organismos que intervienen en cada fase son diferentes y debe establecerse un equilibrio entre la producción de ácidos y su regresión, para que ambos tipos de organismos puedan coexistir dentro del digestor y encuentren las posibilidades ambientales para su desarrollo. Concretamente, los organismos productores de ácidos y, por consiguiente el proceso de digestión suele interrumpirse por el decaimiento de los organismos productores de metano debido a algún cambio ambiental que les hace menos viables. Esta es la razón de que el ph del fango en digestión sea indicio de que el proceso se está realizando en condiciones adecuadas, ya que, si los organismos productores de metano son inhibidos o destruidos, no se degradan los ácidos producidos y el pH dentro del digestor disminuirá progresivamente, siendo imposible la supervivencia de los microorganismos productores de metano por debajo de pH 6,4, interrumpiéndose la digestión. En el caso de la digestión anaeróbica en dos fases, al separarse los procesos ácidos de los matanogénicos en depósitos independientes, se dan, a los organismos respectivos, las condiciones óptimas de operación. El fango digerido tiene pH comprendido entre 7 y 8. Los ácidos volátiles. La concentración de ácidos volátiles, producto de fermentación, tiene una gran importancia en el proceso de la digestión, pues puede llegar a acidificar el fango provocando el fallo del proceso. Los valores óptimos están comprendidos entre 50 y 500 mg/ l como ácido acético, siendo un valor extremo 2000 mg / l. Anexo Nº4: Manual de Compost 18 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. El aumento de la concentración de ácidos volátiles puede venir producida por una sobrecarga de alimentación, o por una inhibición de las metanobacterias. A su vez, una gran concentración puede provocar la rotura de la capacidad tampón del fango, disminución del ph y, en consecuencia, inhibición de las bacterias formadoras de metano. La alcalinidad. Según Evans y otros, la mayor parte de la alcalinidad del fango de digestión está formada por bicarbonato amónico, consecuencia de la combinación del amoniaco con el dióxido de carbono producido en la fermentación ácida. Las respectivas concentraciones de alcalinidad y ácidos volátiles dan como consecuencia de la capacidad tampón del sistema. Por ello el verdadero parámetro de control del proceso, que engloba los parámetros anteriores, (pH y ácidos volátiles), es la llamada relación ácidos volátiles/ alcalinidad. Es deseable que la capacidad tampón del sistema sea alta, lo cual se traduce en que la relación anterior sea baja (entre 0 y 0,1). Cuando la relación ácidos volátiles/alcalinidad comienza a aumentar es que algo no funciona bien. Al alcanzar valores de 0,5, debido a serios descensos de alcalinidad, el pH del contenido del digestor comienza a descender. Por lo tanto, este parámetro parece ser un indicador más rápido que el pH, puesto que éste cambiará cuando ya se haya roto la capacidad tampón del sistema, mientras que la relación ácidos volátiles/alcalinidad es un indicador de dicha capacidad tampón. Concentración de sólidos. La concentración en sólidos es un parámetro siempre importante para mantener una buena digestión, importancia que se ve incrementada al adoptarse un proceso acelerado en el que conviene asegurar esta concentración en continuo. El objetivo primordial del proceso de digestión es reducir la materia fermentable a condiciones más estables. En el proceso de reducción, parte de los sólidos volátiles desaparecen y el contenido total de materia orgánica resulta de este modo inferior en el fango digerido. Los digestores convencionales pueden ser de baja carga, entre 0.45- 1.12 kg s.s.v. /día/ m3, y entre 1.60 y 6.40 kg s.s.v. /día/ m3 para los de alta carga, requiriéndose en estos agitación para asegurar una mezcla completa. Anexo Nº4: Manual de Compost 19 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. Mezclado. Un adecuado mezclado permite mantener en contacto de forma continua los microorganismos activos con el alimento uniformemente distribuido, previendo la estratificación por temperaturas al mantener una homogeneidad térmica, manteniendo a niveles mínimos la concentración de productos finales e intermedios, así como los posibles inhibidores del metabolismo bacteriano. Presión en reactor. En el caso de desarrollarse el proceso de digestión anaeróbica en dos etapas, los digestores primarios tienen siempre una cubierta fija, mientras que los digestores secundarios normalmente para resistir presiones de gas de 25 cm de columna de agua, aunque algunas llegan a alcanzar presiones de 60 cm o más. Anexo Nº4: Manual de Compost 20 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. PROCESOS DE LOS SISTEMAS DE COMPOSTAJE Los sistemas utilizados se pueden clasificar en dos grupos: abiertos y cerrados. En los primeros, el compostaje se realiza al aire libre, en pilas o montones, mientras que en los segundos, la fase de fermentación se realiza en reactores. Los procesos más utilizados son los sistemas aerobios, y dentro de estos, los sistemas abiertos son los más utilizados en USA, mientras que los sistemas en fermentador cerrado son denominados con frecuencia “europeos” en razón de su origen. CUADRO 8.1. SISTEMAS DE COMPOSTAJE (GASSER, 1984) SISTEMAS ABIERTOS Apilamiento estático - con aire por succión - con aire soplado en conjunción con control de temperatura - ventilación alternante (succión y soplado) y control de temperatura Apilamiento con volteo Apilamiento con volteo y aireación forzada SISTEMAS CERRADOS Reactores verticales Reactores horizontales - Continuos - Discontinuos - Estáticos - Con rotación Fuente: (Gasser, 1984) Los procesos de compostaje tienen como finalidad facilitar el control y la optimización de parámetros operacionales, para obtener un producto final con la suficiente calidad, tanto desde el punto de vista sanitario como de su valor fertilizante. El acortamiento del tiempo del proceso, la disminución de los requisitos de espacio y energía y de la seguridad higiénica de la planta de tratamiento son también factores decisivos para el diseño de estos sistemas de compostaje. SISTEMAS AEROBIOS La obtención de compost, por fermentación aerobia de los residuos sólidos urbanos, precisa en todos los casos de una fase previa de clasificación del residuo. Los sistemas que se van a analizar se supone cuentan con un tratamiento en cabeza de similares características, separándose de forma adecuada la materia orgánica. Los sistemas aeróbicos actuales se resumen en la siguiente tabla: Anexo Nº4: Manual de Compost 21 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. CUADRO 8.2. SISTEMAS AERÓBICOS DE COMPOSTAJE Pilas con volteo manual Compostaje en pilas de fermentación Pilas con volteo automático Pilas estáticas aireadas Sin maduración ni afino final Sin afino final Con maduración Con afino final Sin maduración ni afino final Sin afino final Con maduración Con afino final Sin maduración ni afino final Sin afino final Con maduración Con afino final Maduración mediante volteo manual Compostaje en Túneles de fermentación Con maduración en eras y afino final Maduración mediante volteo automático Con maduración en túneles y afino final Fuente: Elaboración propia El siguiente escalón de tratamiento, conveniente, es la inclusión de procesos de afino final del compost. Los sistemas normales son los cribados finales. En caso de no haberlo hecho de forma previa, se utilizarán mecanismos de separación de metales férricos (over-band), mecanismos de separación de metales no férricos (corrientes de foucault) y mesas densimétricas, en las grandes plantas. En las pequeñas estas operaciones pueden ser manuales. SISTEMAS ABIERTOS Los sistemas abiertos son los sistemas tradicionales de compostaje. Los sustratos a compostar se disponen en montones o pilas que pueden estar al aire libre o en naves. La aireación de la masa fermentable puede hacerse por volteo mecánico de la pila o mediante ventilación forzada. Esta última tiene la ventaja de permitir el control del nivel de oxígeno, así como de la humedad y de la temperatura. Además, supone menores costes y necesidades menores de espacio, evitándose los inconvenientes del volteo de las pilas. Los sistemas más utilizados son los siguientes: Anexo Nº4: Manual de Compost 22 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. 8.1.2.1 Compostaje en pilas estáticas con aireación natural: Es el sistema más antiguo que se conoce y se realiza en pilas, de altura reducida, y no se mueven durante el compostaje. La ventilación es natural a través de los espacios de la masa a compostar. Las dimensiones de los montones pueden estar en función de los equipos utilizados para compostar, pero para este sistema, no interesa que sean más altos de 1,5 m, con una anchura en su base de unos 2,5-3 m, de la longitud deseada y de frente triangular, debiendo presentar mayor pendiente en los lugares o épocas más lluviosas. 8.1.2.2 Compostaje en pilas estáticas con ventilación forzada: Pilas estáticas con ventilación forzada En este caso el compost se produce en pilas, bajo las que se encuentran tubos ranurados que inyectan o aspiran aire, mejorando y acelerando los procesos de compostaje. Este sistema puede complementarse con una maduración del compost y con el afino final. El flujo de aire puede ser insuflado, aspirado, o incluso mixto, mejorando la homogeneización del material y mejorando el proceso. El sistema de compostaje utiliza elementos de aireación forzada, que introduce en la masa de residuo de los montones estáticos la cantidad de aire necesaria para garantizar los procesos aerobios. La aireación se consigue mediante ventiladores y redes de conducción de aire con difusores en la solera, bajo los montones de residuo. Si se combinan fases de insuflado con fases de aspiración se mejora el proceso. Si el aire que atraviesa los montones toma caminos preferenciales, disminuye el rendimiento del proceso. El tiempo de retención se estima en diez semanas. La pila de fermentación es estática y en su formación se ha dispuesto un sistema mecánico de ventilación por tuberías perforadas o por un canal empotrado en la solera. Las tuberías se conectan con un ventilador que asegura la entrada de oxígeno y la salida de CO2. Esta ventilación puede hacerse por succión o inyección de aire o bien mediante sistemas alternantes de succión e inyección. Con el sistema de succión, que es el empleado, por ejemplo, en el método Beltsville, en el compostaje de lodos de depuradora con astillas de madera, un flujo de aire de alrededor de 0,2 Anexo Nº4: Manual de Compost 23 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. m3/min/t a la entrada del succionador es suficiente para alcanzar una concentración de oxígeno del 15%. Con el fin de reducir los problemas de olores, el aire se pasa a través de una pila de compost maduro que actúa como filtro. En el método Rutgers la aireación se consigue por succión con control de la temperatura, de esta forma al mismo tiempo que se aporta el oxígeno necesario se controla la temperatura. Este sistema tiene dos ventajas sobre el anterior: produce, por la evaporación que ocasiona, una baja humedad del producto final, garantizando una buena estabilidad; por otra parte, el control automático de temperatura evita períodos prolongados de temperatura elevada. Si bien una temperatura elevada inhibe la población microbiana, tiene, sin embargo, un efecto positivo sobre la reducción de patógenos. Por este motivo, hay sistemas que incluyen una fase inicial de succión de aire, que permite elevar la temperatura en pocos días, después la corriente de aire se invierte y se introduce en la masa, junto con un control de temperatura y se continúa el proceso. 8.1.2.3 Compostaje en pilas por volteo: Pilas con volteos Se trata de una fermentación natural solo acelerada y controlada mediante el volteo periódico de las pilas. Este volteo puede realizarse de manera manual con un tractor pala o de forma automática mediante máquina volteadora. El compostaje mediante volteo puede realizarse en dos etapas, una primera de fermentación, y una segunda de maduración. En este caso la fermentación se complementa con una maduración del compost que se prolonga durante varios meses. El proceso de tratamiento consiste únicamente en una fermentación en eras en las que se amontonan las pilas que son periódicamente removidas mediante vehículo pala para mejorar la aireación natural del residuo. Esta fermentación se extiende durante un plazo de 12 semanas transcurrido el cual, el residuo ha alcanzado los valores necesarios de estabilización para su deposición en vertedero, en su caso, o terminar la fermentación en las pilas de maduracion. Aunque es un sistema muy utilizado porque es muy simple, tiene una serie de limitaciones. En primer lugar, la pila es oxigenada tan sólo periódicamente. Requiere, en general, más espacio y el control higiénico es más difícil. El tamaño de la pila fermentable es mayor que en el caso anterior, Anexo Nº4: Manual de Compost 24 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. permitiendo alturas en torno a 2,5 m. La frecuencia del volteo depende del tipo de material, de la humedad y de la rapidez con que interesa que sea realizado el proceso. En la actualidad las nuevas tendencias se orientan hacia los sistemas de compostaje por volteo forzado por medio de volteadoras con control automático. El tiempo de fermentación o de estancia en el parque de volteo suele ser de dos a cuatro semanas. Transcurrido ese tiempo, el compost debe pasar al parque de maduración antes de proceder a su refino y depuración. 8.1.2.4 Otros tipos de compostaje abierto Otra alternativa a contemplar es la de compostaje aerobio en eras de fermentación natural con volteo automático, seguida de una fase de pilas estáticas sin aireación artificial, sin maduración ni afino. En este caso se opta por realizar una fermentación en dos fases, la primera dinámica en pilas, con volteo mediante máquina volteadora y el segundo estático en pilas con aireación natural. El tiempo de retención es de ocho semanas en zona de volteo, y una fermentación secundaria de seis semanas. El tiempo total es de 14 semanas. Otra alternativa sería el compostaje natural con máquina volteadora, seguida de un proceso de maduración y afino. El sistema introduce un avance sobre los anteriores, el compost se somete a un proceso de maduración y a un tratamiento final de afino. El periodo de tratamiento asciende a doce semanas de fermentación y doce de maduración. Aparece además un nuevo e importante elemento en el sistema, la fracción de residuo, que nopasa el cribado de 20 mm en el trómel de afino, se incorporada a cabeza de proceso, Hecho que debe contemplarse en el dimensionado del proceso. El rechazo a vertedero, en este caso, solo procede de la extracción en las mesas densimétricas. Otra nueva alternativa sería la de compostaje aerobio con fermentación aireada en pilas estáticas, seguida de procesos de maduración y afino. El afinado con el mismo sistema anterior. El periodo de retención es de diez semanas en fermentación y doce en maduración. De igual forma la fracción de residuo, que no-pasa el cribado de 20 mm en el trómel de afino, debe ser reincorporada a cabeza de proceso. El rechazo a vertedero es el extraído en las mesas densimétricas. Anexo Nº4: Manual de Compost 25 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. Otra última alternativa de procesos aerobios abiertos es la fermentación en dos fases, una primera estática aireada y una segunda con volteo de las eras, seguida de los procesos de maduración y afino. El tiempo de retención, en la fase estática es de 5 semanas, y 12 semanas en la fase dinámica. El tratamiento se completa con un proceso de maduración y a un tratamiento final de afino similar al de los casos anteriores. De igual forma la fracción de residuo, que no-pasa el cribado de 20 mm en el trómel de afino, se incorpora a cabecera de proceso. El rechazo a vertedero es el procedente de las mesas densimétricas. SISTEMAS CERRADOS Estos son los sistemas que podríamos llamar de tipo industrial, sometidos a patentes y marcas, y puestos en marcha por entidades públicas o privadas. En estos sistemas, la fase inicial de fermentación se realiza en reactores que pueden ser de dos tipos: horizontales o verticales, mientras que la fase final de maduración se hace al aire libre o en naves abiertas. Son sistemas desarrollados para reducir considerablemente las superficies de compostaje y lograr un mejor control de los parámetros de fermentación y controlar los olores de forma más adecuada. Aunque estos sistemas requieren costosas instalaciones, superiores a los costes de las instalaciones anteriores, presentan la ventaja de ser más rápidos y por tanto requerir menos espacio. Entre estos sistemas podemos destacar: Estos procesos representan un avance tecnológico sobre los anteriores. Ahora la fermentación y maduración del compost se produce en túneles cerrados, donde se mejora sensiblemente el rendimiento del proceso, y en los que pueden controlarse los valores de temperatura, presión y humedad. También se realiza una regulación de la aireación para optimizar los procesos aerobios. La salida del aire debe conectarse con biofiltros para evitar malos olores. Es importante el control de las emisiones de partículas en suspensión a la atmósfera, debiéndose instalar sistemas de aspiración de aire en la nave, para su tratamiento. La maduración puede realizarse en túneles de características similares a los de fermentación o en eras de maduración que, a su vez, pueden disponer de volteo manual o automático. En todos los casos se realiza un afino final del compost. Una alternativa consistiría en un compostaje en túneles aireados de fermentación, seguido de una fermentación en pilas con aireación forzada. Se terminaría con procesos de maduración en eras Anexo Nº4: Manual de Compost 26 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. estáticas y afino final. En el túnel puede mantenerse un control sobre los parámetros de temperatura, presión y humedad del residuo. El túnel es de sección rectangular, de hormigón construido in situ, con alimentación manual mediante vehículos-pala y cerrado herméticamente una vez puesto en marcha. Los gases excedentes de los túneles son conducidos hasta un área de lavado, humectación y filtrado (biofiltros) para eliminar los olores. El tiempo de retención en los túneles es de 2 semanas. La segunda fase de fermentación es dinámica en pilas, con volteo mediante máquina volteadora (en su caso con vehículo-pala). El tiempo de permanencia, en esta segunda fase, es de 5 semanas. La maduración requiere, al menos, 12 semanas. El tratamiento se completa con un afinado final, similar a los indicados con anterioridad. La fracción de residuo, que no-pasa el cribado de 20 mm en el trommel de afino (10%), se reincorpora a cabeza de proceso. El rechazo a vertedero procede de las mesas densimétricas. Una alternativa a la anterior puede ser la fermentación aerobia en túnel, y la maduración en túnel, seguido de un afino final. El tiempo de retención total puede estimarse de 4 a 5 semanas. El resto del proceso es similar al anterior. 8.1.3.1 Fermentadores verticales: Los reactores verticales pueden operar de forma continua o discontinua. En el primer caso, el material a compostar se encuentra en forma de masa única, mientras que en el segundo caso, la masa en compostaje se sitúa en distintos niveles. En los sistemas cerrados continuos se utilizan reactores de 4-10 m de altura, con un volumen total de 1000 a 3000 m3. El bioreactor consta de un cilindro cerrado, aislado térmicamente, que en su parte inferior posee un sistema de aireación y extracción de material. El material se introduce por la parte superior mediante un tornillo alimentador. A medida que se va extrayendo el material compostado, el material fresco va descendiendo. El control de la aireación se realiza por la temperatura y las características de los gases de salida (éstos son aspirados por la parte superior del reactor). El tiempo de permanencia es de 2 semanas. Los reactores verticales discontinuos constan de un depósito cilíndrico de grandes dimensiones dividido en varios niveles (cada nivel tiene de 2 a 3 m de altura). Anexo Nº4: Manual de Compost 27 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. La materia a compostar se coloca en el piso más alto y mediante dispositivos mecánicos se voltea la masa a la vez que va descendiendo al piso inferior. La humedad requerida para llevar a cabo el proceso se consigue o bien por evaporación del agua del material situado en los niveles inferiores, la cual se encuentra a una mayor temperatura, o bien se dispone de sistemas de suministro de agua. Cuando la fracción orgánica ha descendido al último piso se da por concluida la fermentación y el compost sale, como compost bruto, hacia la zona de maduración. El tiempo en el reactor es de una a dos semanas. El inconveniente de este tipo de reactores es el elevado coste de instalación y de mantenimiento de la planta. Otra variante de reactor vertical es el reactor circular. Los que existen actualmente tienen un diámetro de 6 a 36 metros y una altura de 2 a 3 metros. El material a compostar se introduce por la parte superior del reactor, y la masa se voltea mediante un brazo giratorio, la salida del material se realiza por el centro de la base. La aireación se realiza por la parte inferior. El tiempo de retención es de 10 a quince días, transcurridos los cuales pasan a la zona de maduración. 8.1.3.2 Reactores horizontales: Bioestabilizador DANO. Estos reactores consisten en un cilindro horizontal que suele tener de dos a tres metros de diámetro y giran a una velocidad de 2 rpm a lo largo de su eje longitudinal. El proceso consiste en un tratamiento mecánico continuo, el tiempo de permanencia de los residuos dentro del fermentador es de 24-36 horas durante el cual la materia orgánica es físicamente separada del resto de componentes, al mismo tiempo que se inicia el proceso de degradación microbiana. En estos reactores no se produce un auténtico compostaje sino una fase de preparación del substrato de tipo físico-químico. El material resultante es compostado finalmente en pilas o en el reactor. Reactores horizontales propiamente dichos: en ellos el material generalmente preseleccionado (separación de inertes) se somete al proceso de compostaje durante 15 a 30 días en condiciones estáticas (reactor túnel) o de volteo periódico (reactor rectangular dinámico). Dentro de este grupo los reactores de túnel, los que están en servicio tienen forma de caja rectangular de 4 m de altura, 5,5 m de ancho y longitud variable según el volumen a tratar. La agitación se logra mediante sistemas hidráulicos y la aireación se realiza por sistemas situados en la parte inferior. El tiempo de retención es de 14 días y el producto requiere generalmente un tratamiento posterior. Anexo Nº4: Manual de Compost 28 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. El reactor rectangular tiene forma de caja rectangular de 3 m de altura y 6 m de ancho, y longitud variable según las necesidades. El material es descargado por la parte superior, y con un dispositivo que penetra en el reactor, parecido a una fresa de un reactor, se mezcla y se descarga en otra zona del reactor mediante una cinta transportadora y una grúa móvil. Con el mismo sistema se extrae el material, una vez compostado. La aireación se realiza por la parte inferior. El tiempo de retención es de 14 a 21 días y normalmente no necesita un tratamiento posterior. En la Tabla se exponen bajo diferentes criterios las características más relevantes que presentan los sistemas mencionados, abiertos y cerrados CUADRO 8.3. CUADRO COMPARATIVO DE LOS SISTEMAS DE COMPOSTAJE AEROBIOS Elemento de comparación Superficie Clima Sustrato Tamaño en sistemas abiertos Grande Temperaturas no extremas Todos, pero con agentes estructurantes Tecnología Relativamente sencilla. 2 opciones: aireación forzada y volteo Sistema Inversiones Discontinuo a semicontinuo De baja a moderada Costes de explotación Variable. Elevada en el caso de utilización de agentes estructurantes Consumo energético Bajo a medio Mano de obra Duración Tamaño Olores Tamaño en sistemas cerrados Reducida Variable y frío Principalmente aquellos con elevada humedad Sistemas de aireación Relativamente sofisticada Sistemas de aireación: múltiples opciones Semicontinuo a continuo De elevadas a muy elevadas Elevado Medio a elevado Variable, según la instalación: mano de obra no especializada + formación + 1 técnico Fermentación: semanas Maduración: meses Maduración: meses Todos: pequeñas producciones: < 12 TMS/día > 300 TMS/día Problema si: -no hay suficiente aireación -volteos alargados en el tiempo Obrero especializado + técnico Fermentación: 3 a 15 días Limitado: - 70 TMS/día - 73 TMS/día Se puede controlar según sistema de aireación Fuente: (Mustin, 1987) Anexo Nº4: Manual de Compost 29 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. SISTEMAS ANAEROBIOS La digestión anaerobia de sólidos es un proceso biológico de fermentación que se utiliza para generar gas metano a partir de los residuos humanos, animales y agrícolas, y a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos. El proceso de estabilización anaerobia se produce en tres pasos. El primer paso implica la transformación catalizada por enzimas (hidrólisis) de compuestos de masas moleculares más altas a compuestos aptos para ser utilizados como fuente de energía y de tejido celular. El segundo paso implica la conversión bacteriana de los compuestos resultantes del primer paso en compuestos intermedios identificables de masa molecular más baja. El tercer paso implica la conversión de los productos intermedios en productos finales sencillos, principalmente metano y dióxido de carbono. El primer paso de un sistema anaeróbico implica la preparación de la fracción orgánica de los residuos sólidos orgánicos (recepción, separación y reducción de tamaño). El segundo paso implica la adición de humedad y de nutrientes, la mezcla, el ajuste del pH hasta aproximadamente 6,8, y el calentamiento de la masa húmeda entre 55 y 60ºC. La digestión anaerobia se lleva a cabo dentro de un reactor de flujo continuo cuyo contenido se mezcla completamente. En la mayoría de las operaciones el contenido en humedad y los nutrientes requeridos se añaden a los residuos que se van a procesar en forma de fangos de aguas residuales o estiércol de vaca. Según las características químicas de los fangos, quizás también tengan que añadirse nutrientes adicionales. Una mezcla adecuada es de una importancia fundamental en el diseño y funcionamiento por la formación de costras y espumas que causan problemas en la digestión. COMPOSTAJE ANAEROBIO DE LOTES SECUENCIALES (CALS) El CALS es un proceso anaerobio discontinuo en tres etapas. En la primera etapa, se inocula un lecho de alimentación con una trituración gruesa mediante el reciclaje de los lixiviados procedentes del reactor de la tercera etapa en las etapas finales de la digestión. Los ácidos volátiles y otros productos de fermentación generados durante el arranque se separan del reactor de la primera etapa hacia el reactor de la segunda etapa para su conversión en metano. Anexo Nº4: Manual de Compost 30 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA DE SÓLIDOS EN ALTA CONCENTRACIÓN/COMPOSTAJE AEROBIO La digestión anaerobia de sólidos en alta concentración/compostaje aerobio es un proceso de dos etapas: la primera etapa implica la digestión seca (contenido en sólidos del 25 al 32%) para convertir la fracción orgánica de los RSU en metano. La segunda etapa implica el compostaje aerobio de los sólidos digeridos anaerobiamente para producir un material fino que pueda utilizarse como abono o enmienda del suelo. PROCESO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA DE SEMISÓLIDOS/COMPOSTAJE AEROBIO La digestión anaerobia de semisólidos/compostaje aerobio es un proceso de dos etapas. La primera etapa implica la digestión semiseca (contenido de sólidos del 15 al 22%) para convertir la fracción orgánica de los RSU en energía. La segunda etapa implica el compostaje aerobio de los sólidos no seleccionados digeridos no anaerobiamente y de la fracción biodegradable de los RSU orgánicos para producir un material húmico. DIGESTIÓN ANAEROBIA EN DOS ETAPAS El proceso de digestión anaerobia en dos etapas se utiliza para tratar los sustratos orgánicos con bajas relaciones C/N y altas tasas de carga. El proceso se basa en una conversión bioquímica secuencial de los sólidos orgánicos que permite un mejor control del proceso. Este proceso se lleva a cabo en una fase semilíquida en el rango de temperaturas mesofílicas. PROCESO BIORESIDUO El sistema biorresiduo de tratamiento anaerobio está diseñado para tratar los residuos sólidos domésticos separados en origen junto con los residuos industriales y agrícolas. El digestor de la mezcla completa funciona en el rango de temperaturas termofílicas. Anexo Nº4: Manual de Compost 31 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. PROCESO KAMPOGAS KAMPOGAS es un proceso de digestión anaerobia para tratar residuos de fruta, vegetales y de jardín. El digestor es cilíndrico y está dispuesto horizontalmente. El digestor, equipado con un agitador guiado hidráulicamente, se opera con concentraciones altas de sólidos en el rango de temperaturas termofílicas. PROCESO DRANCO El proceso DRANCO se utiliza para la conversión de la fracción orgánica de los RSU para producir energía y un producto húmico llamado humutex. El proceso de digestión se lleva a cabo en un reactor vertical de flujo de pistón sin mezcla mecánica, pero los lixiviados del fondo se reciclan. El digestor DRANCO se opera en concentraciones altas de sólidos y en el rango de temperaturas mesofílicas. PROCESO BTA El proceso BTA se ha desarrollado especialmente para tratar la fracción orgánica de los residuos sólidos orgánicos. El proceso incluye: 1) pretratamiento de residuos entrantes por medios mecánicos, térmicos y químicos; 2) separación de sólidos biológicos disueltos y no disueltos; 3) hidrólisis anaerobia de sólidos biodegradables, y 4) mecanización de los materiales biológicos disueltos. DIGESTIÓN ANAEROBIA EN ALTA CONCENTRACIÓN. La digestión anaerobia de sólidos en alta concentración es una tecnología relativamente nueva, y su aplicación para la recuperación de energía a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU) todavía no se ha desarrollado completamente. Dicho tratamiento consiste en un proceso biológico en el que se produce la fermentación con un contenido de sólidos total de aproximadamente el 10 % o más, pudiéndose optar según el grado de humedad con el tipo seco entre 65 y 70% de humedad o el tipo húmedo de 85- 90%; y en función de la temperatura a la que se desarrolle la digestión mesofílico a 35- 40 ºC, o termofilico de 55- 60 ºC. Anexo Nº4: Manual de Compost 32 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. Descripción del proceso Hay tres pasos implicados en el proceso de digestión de sólidos en alta concentración, a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos. El primer paso implica la preparación de la fracción orgánica de los RSU. En el caso de residuos sólidos no seleccionados, el primer paso implica la recepción, selección, separación y reducción de tamaño; operación esta última que deberá darse también cuando se traten materiales separados en origen. El segundo paso implica la adición de humedad y de nutrientes, la mezcla, el ajuste del pH hasta aproximadamente 6,8, y el calentamiento de la masa húmeda a temperaturas adecuadas según se trabaje con sistemas mesofílicos o termofílicos. La digestión anaerobia se lleva a cabo dentro de un biorreactor de flujo continuo cuyo contenido se mezcla completamente. En algunas operaciones, se han utilizado una serie de biorreactores discontinuos, en vez de uno o más reactores de mezcla completa por flujo continuo. En la mayoría de las operaciones el contenido de humedad y los nutrientes requeridos se añaden a los residuos que se van a procesar, en forma de fangos de agua residual o de estiércol de ganado. Según las características químicas de los fangos o del estiércol, quizás también tengan que añadirse nutrientes adicionales. Durante el proceso de fermentación, que se prolonga de 4 a 5 semanas, se produce biogás en cantidades que se encuentran entre 200 y 400 m3 por tonelada de mezcla introducida. El tercer paso en el proceso implica la captura, almacenamiento y si es necesario la separación de los componentes gaseosos. Otra tarea complementaria es la deshidratación de los fangos digeridos. Sin embargo, a diferencia de la digestión anaerobia en baja concentración, al final del proceso, se requiere menos energía para deshidratar y evacuar los fangos digeridos. La idoneidad del producto así obtenido dependerá de que al momento de su procesamiento se tomen en cuenta como mínimo las siguientes consideraciones: Consideraciones de diseño para la digestión anaerobia de sólidos en altas CUADRO 8.4. CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA LA DIGESTIÓN ANAEROBIA DE SÓLIDOS EN ALTASCONCENTRACIONES DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE RSU Componente de residuos Tamaño del material Equipamiento de mezclado Observaciones Los residuos que se van a digerir deberían triturarse hasta un tamaño que no interfiera el funcionamiento eficaz de los mecanismos de alimentación y descarga. El equipo de mezclado dependerá del tipo de reactor que se vaya a utilizar Anexo Nº4: Manual de Compost 33 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. Porcentaje de residuos sólidos Depende de las características de los fangos mezclados con fango Utilizar de 20 a 30 días para el diseño o basar el diseño en los resultados Tiempo de retención de un estudio piloto. Tasa de carga basada en sólidos De 6 a 7 kg/ m3 -día. Actualmente no está bien definido. Se ha informado volátiles biodegradables de tasa significativamente más altas. De 30 a 38 ºC para un reactor mesofílico y entre 55 y 60 ºC para un reactor Temperatura termofílico Destrucción de SV Sólidos totales destruidos Producción de gas Varía aproximadamente de 90 a 98% según el tiempo bruto de retención y la tasa de carga de svb Varía según el contenido de lignina de las alimentaciones. De 0,625 a 1,0 m3/kg de sólidos volátiles biodegradables destruidos. (CH4= 50 %; CO2= 50 % Fuente: Tchobanoglous. 790 Digestión en dos etapas. Las instalaciones que se construyen en la actualidad suelen tener dos tanque de digestión separados o un tanque con dos secciones divididas. Un tanque recibe el nombre de digestor primario. El segundo tanque, o digestor secundario, se utiliza como tanque de retención para la separación de los sólidos del líquido. Para conseguir esta separación, el tanque secundario no debe tener mezclado. En la primera etapa se produce la digestión. Su contenido es mezclado y continuamente calentado (proceso de digestión de mezcla completa), para que se mantenga en la zona mesofílica. Dicha etapa es alimentada con fango fresco de forma más o menos continua (proceso de digestión de alimentación continua). El fango de la primera etapa, donde se logra la mayor parte del trabajo de estabilización del fango y donde se produce el 90 % del gas, es conducido a la segunda etapa, donde se produce la separación del fango digerido y el sobrenadante. Esta etapa es normalmente utilizada como gasómetro (depósito de gas), al disponer de cubierta flotante. Digestión en fases. Se identifican nueve etapas en el proceso de digestión anaerobia de doble fase, en base a reacciones desarrolladas por grupos específicos de microorganismos. Hidrólisis de polímeros orgánicos a monómeros. Anexo Nº4: Manual de Compost 34 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. - Conversión de los monómeros orgánicos a hidrógeno, bicarbonato y ácido acético, propiónico y butírico. Además se producen otros productos orgánicos tales como etanol y ácido láctico. - Producción de H2, HCO3-COO- por oxidación de productos orgánicos reducidos, realizado por bacterias acetogénicas productoras obligadas de H2. - Respiración acetogénica de bicarbonato por homoacetógenos. -Respiración acetogénica de bicarbonato y acetato por oxidación de productos orgánicos reducidos, llevadas a cabo por bacterias nitrato-reductoras y sulfato-reductoras. - Oxidación de acetato a bicarbonato por el mismo tipo de bacterias anteriores. - Oxidación de hidrógeno por el mismo tipo de bacterias. - Fermentación metanogénica acetoclástica. - Respiración metanogénica de bicarbonato. Para que la metanogénesis se desarrolle a velocidad máxima, cada etapa debe mantenerse en equilibrio dinámico. El balance está relacionado con la naturaleza del substrato y el destino del hidrógeno, cuyo consumo asegura la producción de ácido acético. Los resultados de este sistema demuestran que, con la separación de la digestión en fases, es posible disminuir el tiempo de retención de los fangos en los digestores, lograr un mejor rendimiento en la eliminación de sólidos volátiles y obtener un poder calorífico mejor en el biogás obtenido. De acuerdo con las investigaciones realizadas por Hernández, A., et al. (1998) en la Cátedra de E.T.S. de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos de Madrid, el dimensionado puede basarse en las siguientes conclusiones: La generación de ácidos volátiles (AV) es el principal cambio bioquímico producido en el digestor de la primera fase del proceso. La concentración de AV que se logra es función de la temperatura, tiempo de retención, carga volumétrica y de la naturaleza y composición del fango bruto. La temperatura acelera el proceso de fermentación ácida de los fangos frescos. La máxima conversión de los AV, en el digestor de fase metánica, puede ser del 72-75 % con un tiempo de retención total de 12 días y una carga volumétrica en el digestor metanogénico de 2,7 a 2,8 Kg SV/m3 día. Anexo Nº4: Manual de Compost 35 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. El tiempo de retención óptimo de los fangos en el digestor de fermentación ácida queda determinado por el grado de generación de los AV. Ambos factores sé interrelacionan y dependen de la temperatura. Se obtienen buenos resultados, en cuanto se logra una separación efectiva de los cultivos de microorganismos responsables de uno u otro proceso (acidificación y gasificación) con tiempos de residencia de 2,8 días en épocas frías y 2 días como máximo, épocas calurosas. La producción de biogás es variable, dependiendo del tiempo de retención total y de la carga volúmica. Valores de 26,5 l/h día se alcanzan con un tiempo de retención total (considerando las dos fases), de 11 a 12 días, con una carga volúmica en el digestor metanogénico de 3,0 kg SV/m3 día. Valores de 18 l/h día se logran con tiempos de retención total de 13,2 días con carga volúmica de 2,36 kg SV/m3 día. La temperatura del digestor metanogénico, de 2ª fase, debe mantenerse en temperaturas constantes de 32º a 35ºC, produciéndose entre 850 a 900 l/kg SV (eliminados), con cargas volumétricas recomendadas entre 2,6 y 2,8 kg SV/m3 día. Los tiempos de retención total son, con temperaturas constantes entre 32º y 35ºC, de 10 a 12 días. La selección del tipo de digestión, entre los procesos anaerobios, es, normalmente, entre el proceso de sólidos en baja concentración y el proceso de sólidos en alta concentración, cuya comparación resumida se presenta en el cuadro. CUADRO 8.5. ANÁLISIS COMPARATIVO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA DE SÓLIDOS EN BAJA Y ALTA CONCENTRACIÓN Anexo Nº4: Manual de Compost 36 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. Parámetro de diseño y/ u operación Sólidos en bajas concentraciones Se han utilizado reactores de mezcla completa en sistemas a gran escala para la fracción Diseño de orgánica de los RSU. Se utilizan ampliamente reactor los reactores de flujo pistón para otros materiales orgánicos, especialmente estiércol de vaca. Parámetro de diseño y/ u Sólidos en bajas concentraciones operación Contenido de De 4 a 8 %. sólidos Sólidos en altas concentraciones Se han estudiado experimentalmente reactores de mezcla completa, flujo pistón y de cargas discontinuas. Ninguno de estos tipos de reactores han sido utilizados comercialmente para procesamiento de RSU. Sólidos en altas concentraciones De 22 a 32 % * Se requiere un volumen de reactor mucho más del Se requiere un gran volumen de reactor por pequeño para el mismo volumen de residuos volumen unitario de residuos orgánicos orgánicos que en el proceso de digestión de sólidos en baja concentración Se requiere un gran volumen de agua para El requisito de agua es mucho menor, por la alta Adición de agua incrementar el contenido en humedad de la concentración de sólidos fracción orgánica de RSU. Tasa de carga Tasa de carga orgánica relativamente bajas por Tasa de carga orgánica relativamente altas por orgánica unidad de volumen de reactor unidad de volumen de reactor. Tasa de Se ha informado de tasas máximas de Se han logrado tasas máximas de producción de producción de producción de gas de hasta 2 volúmenes por gas de hasta 6 volúmenes por volumen activo de gas volumen activo de reactor reactor. Se puede lograr una de separación bruta Tasa de La tasa de separación bruta es baja debido al significativamente más alta en el mismo período separación alto contenido de agua. de retención comparándola con la digestión de bruta sólidos en bajas concentraciones. Como esta es una tecnología relativamente Mecanismos nueva, no están definidos los mecanismos para para la la alimentación y descarga de efluentes del alimentación y Se han utilizado bombas de todos los tipos. reactor anaerobio. Se han utilizado descarga de transportadoras espirales y bombas para sólidos efluente en altas concentraciones. La toxicidad de las sales y metales pesados es más común debido a las altas concentraciones Problemas de Son menos severos debido a la naturaleza de estos compuestos y elementos químicos. La toxicidad diluida de los materiales de residuos orgánicos toxicidad del amoniaco es más problemática con relaciones C/N bajas (menores de 10 a 15) Debido al alto contenido en agua, el efluente Normalmente el digestor contiene del 20 al 30 % Problemas de estabilizado puede generar un problema de de sólidos, lo que minimiza el potencial de lixiviados lixiviados generación de lixiviados Se requiere instalaciones grandes y costosas Deshidratación Es adecuado un equipamiento de deshidratación para separar los sólidos. Para la evacuación final del efluente barato debería tratarse también el agua separada. Volumen reactor Anexo Nº4: Manual de Compost 37 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. Estado tecnológico No comercializado para la recuperación de energía a partir de la fracción orgánica de los No comercializado para la recuperación de RSU. La utilización comercial digestores energía a partir de la fracción orgánica de los anaerobios en bajas concentraciones para la RSU. producción de energía a partir de residuos agrícolas está muy extendida. Fuente: Gestión Integral de Residuos Sólidos. Tchobanoglous Anexo Nº4: Manual de Compost 38 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. DATOS DE ALGUNAS PLANTAS EXISTENTES Considerando la situación en España, en el año 2003, puede indicarse que existían 77 plantas en funcionamiento La cantidad media anual de residuos por planta es de 104.259 t. Este valor es muy variable de unas plantas a otras, oscilando entre las 1.176 t y las 360.000 t. Los residuos tratados son muy variables: En el 32,83% de las planta españolas se procesan residuos de recogida unitaria. En el 26,02% de los casos se parte de residuos con recogida selectiva. El 27,39% trata residuos verdes El compostaje de residuos animales representa el 6,85%. El compostaje de lodos de depuradora representa el 6,85%. En el 50 % de los casos se realiza pretratamiento de los residuos, antes del proceso de compostaje. Anexo Nº4: Manual de Compost 39 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. ESPECIFICACIONES PARA EL COMPOST Según la norma francesa pueden clasificarse los tipos de compost, atendiendo al grado de maduración, en: Compost urbano fresco, cuando el periodo de fermentación es inferior a 4 días. Compost urbano semi maduro, cuando la maduración es incompleta, presentando una relación de C/N entre 25 y 60. Compost urbano maduro, cuando la relación de C/N es inferior a 20. En cuanto a la granulometría (malla cuadrada), la norma francesa los clasifica en: Compost muy fino, inferior a 6,3 mm. Compost fino, inferior a 12,5 mm Compost medio, inferior a 40 mm. Compost grosero, igual o superior a 40 mm. Para cualquier tipo de compost urbano debe garantizarse un contenido de materia orgánica superior al 20%, referido a materia seca, y debe tener un contenido de nitrógeno inferior al 2%. El aspecto es el de un mantillo negruzco y granulado, que no debe desprender olores. Especificaciones sobre parámetros físicos y químicos El aspecto más importante es sin duda la clasificación granulométrica del producto, que nunca debe pasar de 30 ó 35 mm. El mejor compost será el de granulometría fina, es decir con tamaño inferior a los 8 mm. CONTENIDO DE INERTES No existen valores límites para el contenido de inertes en el compost, pero aunque puedan ser inofensivos (vidrio, cerámica, plásticos, etc.), pueden dificultar su uso. Los materiales inertes deben eliminarse al máximo. Anexo Nº4: Manual de Compost 40 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA El compost, después de una maduración conveniente, tiene un contenido de materia orgánica del orden del 35% de la materia seca. El contenido de carbono orgánico se mueve entre un 15% y un 20%. El contenido de celulosa garantiza un contenido de humus estable. El contenido de humus puede verse en la tabla siguiente, en comparación con un estiércol con importante contenido de paja. CUADRO 10.1. CONTENIDO DE HUMUS EN ESTIÉRCOL Y EN COMPOST URBANO Contenido por t de producto bruto % de materia seca Estiércol Compost urbano 25 65 % de M.O sobre materia seca 70 35 kg de materia orgánica kg de humus Coeficiente isohúmico * 175 227 53 57 0,30 0,25 * Coeficiente de transformación de M.O. en humus Fuente: Elaboración propia CONTENIDO DE NUTRIENTES El contenido de nitrógeno depende de la edad del compost y de su maduración, variando de un 0,6% a un 1,3%, en relación a la materia seca. Del 5 al 20% de estas cantidades es directamente asimilable. La relación de C/N va descendiendo con la maduración, debiendo ser inferior a 20, recomendándose entre valores del 15 al 18% para evitar problemas de maduración, o el problema del “hambre de nitrógeno”. El compost aporta nitrógeno afín con el nitrógeno del suelo, nutre al suelo antes de nutrir a la planta. El contenido de fósforo (P2O5) en el compost varia de un 0,7% a un 0,9%, en relación a la materia seca. Del 50 al 60% de estas cantidades es directamente asimilable. La cantidad total de fósforo adicionado al suelo, puede estimarse en 5,0 a 5,4 kg de P2O5 por cada t de compost incorporada al suelo. El contenido de potasio (K2O) es bajo, variando entre el 0,2% y el 0,3%. Del 80 al 100% de estas cantidades son directamente asimilables. El compost es muy rico en oligoelementos, como boro, cinc, manganeso, etc. Anexo Nº4: Manual de Compost 41 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. Una composición del contenido de un compost queda reflejada en la tabla 9.8. CUADRO 10.2. COMPOSICIÓN DE UN COMPOST URBANO Parámetro Humedad (% de bruto) pH (Compost de 4 meses) Carbono orgánico sobre materia seca (%). (Compost de 4 meses) Nitrógeno total sobre materia seca (%). C/N (Compost de 4 meses) P2O5, (mg/kg de M.S.) K2O, (mg/kg de M.S.) Mg, (mg/kg de M.S.) Ca, (mg/kg de M.S.) Na, (mg/kg de M.S.) Cl (soluble) , (mg/kg de M.S.) S, (mg/kg de M.S.) Cu, (mg/kg de M.S.) Mn, (mg/kg de M.S.) Fe, (mg/kg de M.S.) Zn, (mg/kg de M.S.) Pb, (mg/kg de M.S.) Cd, (mg/kg de M.S.) Hg, (mg/kg de M.S.) Cr, (mg/kg de M.S.) Ni, (mg/kg de M.S.) B (total) , (mg/kg de M.S.) B (soluble) , (mg/kg de M.S.) Valor medio en el compost 35 7,6 Valores extremos en el compost Valores en estiércol 21,37 38,2 0,96 22,3 9,14 2,38 2,19 44,10 2,98 1,87 3,82 0,36 0,85 17,11 1,52 0,60 0,008 0,003 0,22 0,19 2,2 16,5 13,00 28,00 7,00 26,00 7,71 – 10 56 2,01 – 2,76 1,88 – 2,50 37,20 – 50,99 2,44 – 3,50 1,27 – 2,47 2,73 – 4,90 0.22 – 0,49 0,75 – 0,96 13,86 – 20,36 1,29 – 1,76 0,42 – 0,78 0,007 – 0.01 0,002 – 0,005 0,18 – 0,25 0,17 – 0,22 0,06 – 0,25 0,01 – 0,03 Fuente: Elaboración propia CONTENIDO DE SALES El contenido en calcio (Ca) se sitúa entre el 2,5% y el 5% en relación a la M.S. El papel importante es el de los óxidos y carbonatos de cal, generando un efecto alcalino sobre los suelos ácidos. El contenido de magnesio varia entre el 0,2% y el 0,4%, en relación a la M.S. Anexo Nº4: Manual de Compost 42 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. CONTENIDO DE HUMEDAD Una humedad adecuada estará comprendida entre un 30 % y un 35%, debiéndose constatar que una humedad baja repercute positivamente en el transporte, y facilita las operaciones de cribado y dispersión. La humedad del compost, después de la fermentación estará por debajo del 40%. VALOR DEL PH El pH del compost es siempre alcalino, oscilando entre 7,2 y 8,5, si bien su valor normal estará en torno a los 7,5. DENSIDAD La densidad del compost puede ser de 0,5 a 0,8 t/m3, dependiendo del grado de humedad del producto. ESPECIFICACIONES SOBRE ESTABILIZACIÓN La maduración del compost es de vital importancia, siendo igualmente conveniente que el contenido de materia orgánica no baje nunca del 20%. ESPECIFICACIONES MICROBIOLÓGICAS El compost, bien fermentado aeróbicamente, queda bien higienizado. Quedan destruidos los microorganismos patógenos, así como los parásitos. Quedan destruidos los fitoparásitos. Desaparecen las semillas y granos, si la fermentación se hace con una humedad del 55 – 60%. Anexo Nº4: Manual de Compost 43 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE COMPOST En el momento actual puede hablarse de tres tipos de compost: El compost actual y otros dos tipos (clase A y clase B). El compost de tipo A, de mayor calidad, con características próximas al futuro compost europeo, y el segundo próximo al actual compost nacional. El siguiente cuadro resume las características de los tres tipos de compost señalados: TIPOS DE COMPOST EXIGENCIAS DEL COMPOST ACTUAL Y PROPUESTAS COMPOST ACTUAL COMPOST A COMPOST B Producto obtenido por fermentación aeróbica de residuos Producto higienizado y estabilizado obtenido mediante descomposición biológica aeróbica (incluyendo fase termofilica) de orgánicos materiales orgánicos biodegradables, bajo condiciones controladas. Mat. orgánica total ........................... 25% 40% 35% Humedad máxima ............................. 40% Humedad: 30-40 % Humedad: 30-40% C/N < 15 Tamaño partículas < 10 mm Piedras y gravas de Ø> 5 mm, menos del 5% Metales, vidrios, plásticos Ø > 2mm, menos del 0,5 % C/N < 25 90% partículas pasarán por malla de 25 mm Metales, vidrios y plásticos Ø> 2mm, menos 3% Metales pesados: Cd ................ 10 Cu ................ 450 Ni ................ 120 Pb ................ 300 Zn ............... 1.100 Hg ............. 7 Cr ............ 400 2 300 100 150 500 2 250 5 450 120 300 1.100 5 400 Fuente: Elaboración propia Anexo Nº4: Manual de Compost 44 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. VALORACIÓN AGRONÓMICA DE LOS COMPOST ACCIÓN CORRECTORA DEL COMPOST ASPECTO FÍSICO El compost mejora la estabilidad estructural de los suelos, evitando la degradación por efecto de la maquinaria, así como un mejor enraizamiento. Se consigue una mayor retención del agua por el contenido de materia orgánica aportada por el compost a los suelos. El contenido de materia orgánica aumenta la permeabilidad de los suelos. La adición de compost es una acción importante contra la erosión de los suelos ASPECTO BIOLÓGICO La microflora del suelo, que almacenan en principio los principales nutrientes de las plantas, puede aumentar o disminuir según las posibilidades metabólicas. La aportación del compost estimula los fermentos amoniacales, amilomices, pectinolices, celulolices, así como el ciclo del azufre. La más viva, en los suelos de cultivo puede estimarse entre 500 y 1.000 kg por hectárea. Los invertebrados se desplazan por el suelo, incrementando la permeabilidad del suelo, mejorando la estructura del mismo. Al digerir las partículas orgánicas dejan en los suelos los restos con microorganismos, mezclados con los minerales del suelo. Se produce un incremento de la velocidad de germinación, en correlación con un aumento de la absorción de agua. Genera un mayor crecimiento de las plantas, así como un mayor rendimiento en la producción. ASPECTO NUTRICIONAL La materia orgánica mejora la capacidad de cambio de iones en el suelo. Es importante el carácter progresivo de la mineralización del compost. La descomposición se produce durante la totalidad del periodo de vegetación, nutriendo de forma regular y continua a las plantas, evitando el arrastre de nutrientes por lavado del suelo. De igual forma regula la liberación de los oligoelementos. Anexo Nº4: Manual de Compost 45 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. INFLUENCIA DEL PROCESO SOBRE EL VALOR AGRONÓMICO DEL COMPOST LIMITES A LA UTILIZACIÓN DEL COMPOST 12.2.1.1 Salinidad Las sales de metales alcalinos o alcalinotérreos (cloruros y sulfatos) afectan directamente a las plantas, por tanto se darán límites a los contenidos de sales en función del requerimiento de los cultivos. 12.2.1.2 Microorganismos patógenos Debe garantizarse la ausencia de microorganismos patógenos en el compost. La desinfección queda garantizada siempre que en la fermentación, con un contenido de humedad entre el 40 y el 60% permanezca a más de 55ºC durante un periodo superior a los cuatro días. Pero las condiciones vendrán fijadas en función del proceso de compostaje adoptado. 12.2.1.3 Metales pesados Las concentraciones de metales pesados suelen ser bajos en los residuos sólidos, a excepción de su mezcla con vertidos industriales. La procedencia de los metales pesados se indica en la tabla siguiente. CUADRO 12.1. PROCEDENCIA DE LOS METALES PESADOS ENCONTRADOS Metal Mercurio (Hg) Cadmio Cromo Plomo Procedencia Pilas y acumuladores Papeles y cartones Plásticos Materia orgánica Baterías de cadmio Plásticos Cueros Vidrio Papel y cartón Restos metálicos Chatarra Cartones Materia orgánica Pilas % de la procedencia 90 5 2 3 45 55 45 35 10 10 60 20 12 8 Fuente: Elaboración propia Anexo Nº4: Manual de Compost 46 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. 12.2.1.4 Paso de metales del suelo a la planta La absorción de los metales pesados por las plantas dependo de su solubilidad en el suelo, es decir de su combinación con los componentes orgánicos e inorgánicos de los suelos. Anexo Nº4: Manual de Compost 47 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. NORMATIVA PARA EL USO DE MATERIALES ORGÁNICOS EN AGRICULTURA En la Comunidad Europea se está tratando de armonizar las legislaciones nacionales sobre estos productos, tarea compleja por las características de los suelos y de las materias primas utilizadas en su fabricación. Decreto 72/1988, de 5 de febrero, sobre fertilizantes y afines Orden de 14 de julio de 1988 sobre productos fertilizantes y afines. (19.679) Anexo Nº4: Manual de Compost 48 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. SISTEMA OPERATIVO COMPOST EN MONTONES Para el compost en montones estáticos en sala cerrada a la lluvia, viento y radiación solar y dispuesto en suelo de hormigón armado, sobre el compost triturado (malla de 4mm) se adiciona agua, entre 4.5-5.0 litros por kilogramo de materia orgánica a compostar. La mezcla homogeneizada se deja en montones de 1.2 a 1.5m de altura, dejándolos en fermentación de 2.5 a 4.0 semanas, según temporadas. Finalizado el primer periodo de fermentación, se adiciona agua para restablecer una humedad del 60% y se mezcla. Se vuelven a formar las pilas y se someten los montones a un nuevo periodo de fermentación. De igual forma se sigue el proceso de idéntica forma hasta terminar la fermentación de la constitución del quinto montón. El compost bruto así obtenido se somete en montones de 3.0m de altura en un periodo de maduración, para terminar la fermentación de tres meses. Así el compost, una vez terminado puede pasar a su uso agronómico. COMPOST EN PILAS CON AIRECIÓN FORZADA Sobre el suelo de hormigón armado con dispositivo de drenaje para los lixiviados y sistema de inyección de aire se constituyen las pilas de 1.2 a 1.5 metros de altura y anchura de 2.5 metros con la longitud adecuada. La materia orgánica triturada se lleva a una humedad del 60% y se homogeniza, formando las pilas. La cantidad de aire incorporado es la correspondiente a garantizar las condiciones aerobias del proceso. A las tres semanas se remueve la pila homogenizando y dando al humedad del 60%, constituyendo una segunda pila en las mismas condiciones anteriores, permaneciendo estática durante otras tres semanas. Después de pasadas otras tres semanas, se somete a la misma operación anterior. A las diez semanas el compost bruto se apila para un periodo de maduración de tres meses. El compost, tamizado, puede pasar a uso agronómico. Anexo Nº4: Manual de Compost 49 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. COMPOST POR VOLTEO AUTOMÁTICO Sobre suelo de hormigón armado pilas se generan pilas de 2.5 metros con la materia orgánica para el compostaje, con una humedad entre el 45 y el 60%. Dependiendo de la humedad, cada cuatro horas se procede a voltear las pilas con volteadores automáticos que garantizan la humedad y homogeneidad la mezcla. El tiempo de fermentación será de tres semanas en el que se obtiene el compost bruto. El compost bruto se apila para una maduración de más de dos meses, antes de pasar al uso agronómico. SISTEMAS DE COMPOSTAJE DEL PROYECTO En el presente proyecto, estos sistemas de compostaje abierto aerobio han sido adoptados a los distintos núcleos, de acuerdo con la tabla siguiente: CUADRO 14.1. SISTEMAS DE COMPOSTAJE POR CIUDAD Compostaje con pilas estáticas con aireación natural Compostaje en pilas estáticas con ventilación forzada Compostaje en pilas por volteo Chachapoyas Ilave Aymaraes Azángaro Santiago Puno Tarma Juliaca Ferreñafe Moyobamba Tumbes Talara Paita Sechura Chincha Alta Sullana Tarapoto Huánuco Abancay Huacho Puerto Maldonado Nuevo Chimbote Piura Fuente: Elaboración propia En cualquier caso se controlará la calidad de la primera producción de compost, con análisis de laboratorio en los siguientes parámetros: Nitrógeno (N) Fósforo (P) Potasio (K) Materia orgánica Anexo Nº4: Manual de Compost 50 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. pH Conductividad eléctrica Relación carbono/nitrógeno (C/N) Almacenamiento Anexo Nº4: Manual de Compost 51 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL TRABAJO Uso de equipos de seguridad e higiene laboral. El personal en todo momento usará el siguiente equipo de seguridad e higiene en el trabajo: Respirados o mascarilla Guantes de cuero Casco protector Zapatos o botas de seguridad Mameluco Medidas específicas de seguridad e higiene en el trabajo: Asegurar una adecuada ventilación ambiental durante el volteo de la materia orgánica en proceso de compostificación Mantener una apropiada concentración en el trabajo No consumir alcohol y/o drogas antes, ni durante el trabajo. Anexo Nº4: Manual de Compost 52 Proyecto de Desarrollo de Sistemas de Gestión de Residuos sólidos Urbanos en zonas prioritarias. CUADRO 15.1. CONTROL DE INGRESO DE RESIDUOS SÓLIDOS A LA PANTA DE COMPOST Fecha Ruma Nº Procedencia Volumen (m3) Volumen acumulado semanal (m3) Observaciones (1) 1 2 3 4 5 6 7 … “n” (1) Anotar la fecha de los volteos que se deberán ejecutar, primer volteo al mes y segundo volteo a los 2 meses. Nombre del responsable:_____________________________________ Firma:_____________________________________________________ Anexo Nº4: Manual de Compost 53
