uNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

PRODUCCIÓN DE BIOFERTILIZANTES

IGNACIO CONTRERAS ANDRADE FABIO EMIRO SIERRA VARGAS CARLOS

ALBERTO GUERRERO FAJARDO

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍABOGOTÁ D.C

2012

PRODUCCIÓN DE BIOFERTILIZANTES A PARTIR DE MATERIA ORGÁNICA

PROVENIENTE DE RESIDUOS MUNICIPALES

Grupos de Investigación

Aprovechamiento Energético De Recursos Naturales – APRENA

Mecanismos de Desarrollo Limpio y Gestión Energética

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ D.C2012

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PROLOGO

El origen de este documento de investigación se basa en la búsqueda de una alternativa para el aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos que hoy en día son depositados en su mayoría en rellenos sanitarios; en algunos de estos poseen sistemas de tratamiento para los lixiviados que corresponde a un manejo tecnificado de los residuos líquidos que se producen en la degradación del material orgánico pero en rellenos no tecnificados los residuos sólidos no tienen un tratamiento específico integrado, lo anterior conlleva a la generación de malos olores y contribuye con la aparición de plagas y vectores en zonas aledañas, es por eso que lo que se busca es dar solución a una problemática ambiental y tener alternativas de aprovechamiento de los residuos orgánicos que diariamente se están produciendo en los municipios. Además busca contribuir con el mejoramiento del nivel de vida de la población de los municipios, proponiendo alternativas y rutas diferentes a las que actualmente se emplean para el problema de tratamiento de residuos sólidos.

En Colombia, la producción de biofertilizantes a partir de materia orgánica es baja. Generalmente, estos son obtenidos con productos químicos, los cuales tienen un grado de contaminación ambiental bastante alto.

La producción de biofertilizantes con residuos municipales, pretende favorecer la obtención de estos, manteniendo así, un

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proceso natural de descomposición, generando mínimos niveles de contaminación ambiental y dando un valor agregado al residuo con el fin de reincorporarlo al sector productivo. Todo esto, llevando acabo investigaciones exhaustivas y algunos ensayos, con los cuales se podría determinar que tipo de tratamiento es el adecuado y que tipo de equipos es necesario para realizar dicho proceso.

La investigación es realizada por el grupo de investigación Aprovechamiento energético de recursos naturales del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias, contribuyendo en el aprovechamiento de los residuos orgánicos municipales, de esta manera la Universidad Nacional de Colombia se hace presente en su misión permanente de contribuir con la investigación para resolver los problemas particulares de la sociedad en especial lo referente a reducir el impacto ambiental de las actividades antrópicas. Los autores expresan su agradecimiento con el estudiante Leonardo Andrés Díaz Gaitán, por su contribución con la edición del presente texto de investigación.

Los Autores

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TABLA DE CONTENIDOS

INTRODUCCIÓN..........................................................................11

GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS................................19

2.1 NIVEL MUNDIAL.....................................................................202.2 NIVEL NACIONAL....................................................................25

CLASIFICACIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS..................33

3.1 CATEGORÍAS...........................................................................373.1.1 Los residuos sólidos orgánicos y su clasificación.....393.1.2 Tipos de residuos........................................................433.1.3 Propiedades biológicas de los residuos sólidos orgánicos...................................................................................................44

FUENTES DE MATERIA ORGÁNICA RESIDUAL................47

4.1 RESIDUOS DE ANIMALES................................................504.2 SEDIMENTOS DE AGUAS RESIDUALES........................534.3 LODOS DE DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES. 57

PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS..................................................................................61

5.1 APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS...............................................................................62

5.1.2 Técnicas para la degradación y el aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos.................................................65

5.2 COMPOSTAJE......................................................................675.3 MACRONUTRIENTES, MICRONUTRIENTES Y METALES PRESENTES EN EL COMPOST DE RESIDUOS MUNICIPALES...........................................................................805.4 PREPARACIÓN DE FERTILIZANTES...............................93

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5.5 MÉTODOS MICROBIANOS PARA LA DEGRADACIÓN DE LA BASURA.......................................................................100

BIOFERTILIZANTES Y FERTILIZANTES QUÍMICOS.....112

6.1 BIOFERTILIZANTES.........................................................1136.2 FERTILIZANTES QUÍMICOS...........................................117

MODELAMIENTO DEL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE MICROORGANISMOS HASTA BIOFERTILIZANTES.

........................................................................................................129

7.1 MODELO DE LODOS ACTIVADOS ASM 1...................1307.1.2 Programación en VBA para solución numérica...........1307.1.3 Proceso biológico.........................................................131

7.2 PROCESOS BÁSICOS DE LA MATERIA ORGÁNICA DEL AFLUENTE.......................................................................1327.3 CONDICIONES PARA SU ACTIVACIÓN.......................136

BIOREACTORES ANÁLISIS Y DISEÑO................................142

8.1 DESCOMPONEDORES DE BASURA..............................1458.2 SECADO DECOMPOSER..................................................1458.3 FERMENTATIVA DECOMPOSER...................................1478.4 MOLIENDA Y COMPACTACIÓN....................................1478.5 CONTROLADOR DE TEMPERATURA...........................1478.6 SISTEMA DE AGITACIÓN...............................................1518.7 TANQUES DEL BIOTRANSFORMADOR.......................1548.8 DIMENSIONAMIENTO DEL VOLUMEN DEL BIOTRANSFORMADOR.........................................................1588.9 DIMENSIONAMIENTO DEL AGITADOR......................162

CARACTERIZACIÓN DE MATERIAS PRIMAS, Y PRODUCTO EN EL PROCESO DE OBTENCION DE

BIOFERTILIZANTES. (MÉTODOS DE ENSAYO)...............166

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9.1 MÉTODOS FISICOQUÍMICOS.........................................1669.1.1 Preparación de la muestra y cuantificación de la humedad.................................................................................166

9.1.1.1 Equipos y materiales.........................................................1679.1.1.2 Procedimiento...................................................................1679.1.1.3 Método de obtención de la Humedad...............................168

9.1.2 Cuantificación de la densidad real en productos orgánicos................................................................................168

9.1.2.1 Principio del método.........................................................1689.1.2.2 Equipo y materiales..........................................................1689.1.2.3 Procedimiento...................................................................1699.1.2.4 Obtención de la densidad..................................................169

9.1.3 Cuantificación de la capacidad de retención de agua, pH y conductividad eléctrica en un producto orgánico...............170

9.1.3.1 Principio del método.........................................................1709.1.3.2 equipos necesarios para la realización de experimento....1709.1.3.3 Procedimiento...................................................................1719.1.3.4 obtenciones de capacidad de retención de agua...............173

9.1.4 Cuantificación de cenizas por el método de pérdidas por volatilización..........................................................................174

9.1.4.1 Principio del método.........................................................1749.1.4.2. Equipo necesario.............................................................1749.1.4.3 Procedimiento...................................................................1759.1.4.4 obtenciones de porcentaje de cenizas presentes en la muestra.........................................................................................175

9.1.5 Cuantificación de carbonatos.......................................1759.1.5.1 Principio del método.........................................................1759.1.5.2 Equipos y materiales.........................................................1769.1.5.3 Reactivos..........................................................................1769.1.5.4 Procedimiento...................................................................1769.1.5.5 porcentajes de carbonatos en la muestra seca...................177

9.1.6 Cuantificación del carbono orgánico oxidable total....1779.1.6.1 Principio del método.........................................................1779.1.6.2 Equipos y materiales.........................................................178

6

9.1.6.3 Reactivos..........................................................................1789.1.6.4 Procedimiento...................................................................1789.1.6.5 Concentración de sulfatos y carbonos presentes en la muestra.........................................................................................180

9.1.7 Cuantificación de la capacidad de intercambio catiónico (C.I.C)....................................................................................181

9.1.7.1 Principio del método.........................................................1819.1.7.2 Equipos y materiales.........................................................1819.1.7.3 Reactivos..........................................................................1829.1.7.4 Procedimiento...................................................................1829.1.7.5 capacidad total de intercambio catiónico en la muestra analizada.......................................................................................183

9.1.8 Cuantificación del nitrógeno total, nitrógeno orgánico, nitrógeno nítrico y nitrógeno amoniacal en materiales clasificados como orgánicos y orgánico minerales...............1839.1.9 Cuantificación de fósforo y potasio en productos clasificados como orgánicos..................................................184

9.1.9.1 Principio del método..................................................1849.1.9.2 Equipos y materiales.................................................1849.1.9.3 Reactivos.....................................................................1859.1.9.4 Procedimiento............................................................1859.1.9.5 Cálculos.......................................................................186

9.1.10 Cuantificación de Fósforo, Potasio, Calcio, Magnesio, elementos menores y metales pesados en productos clasificados como orgánico-minerales y en enmiendas orgánicas no húmicas............................................................186

9.1.10.1 Principio del método.......................................................1869.1.10.2 Equipos y materiales.......................................................1869.1.10.3 Reactivos........................................................................1879.1.10.4 Procedimiento.................................................................1879.1.10.5 cantidades de insolubilidad de la muestra en ácidos......188

9.1.11 Determinación de la fracción húmica.........................1899.1.11.1 Determinación de la fracción húmica en enmiendas orgánicas húmicas sólidas............................................................189

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9.1.11.2 Determinación de la fracción húmica en las enmiendas orgánicas húmicas líquidas...........................................................195

9.2 MÉTODOS MICROBIOLÓGICOS....................................1989.2.1 Enriquecimiento, aislamiento y detección de salmonella................................................................................................198

9.2.1.1 Procedimiento...................................................................1999.2.1.2 Lectura..............................................................................199

9.2.2 Recuento total de microorganismos mesófilos facultativos (Método estándar de recuento en placa por siembra en profundidad)...........................................................................200

9.2.2.1 Equipos y materiales.........................................................2009.2.2.2 Reactivos..........................................................................2009.2.2.3 Procedimiento...................................................................2019.2.2.4 Lectura y cálculos de recuento.........................................202

9.2.3 Recuento total de hongos y levaduras...........................2029.2.3.1 Equipos y materiales.........................................................2029.2.3.2 Reactivos..........................................................................2039.2.3.3 Procedimiento...................................................................2039.2.3.4 Lectura y cálculos de recuento.........................................205

9.2.4 Recuento de entero bacterias........................................2059.2.4.1 Equipos y materiales.........................................................2059.2.4.2 Reactivos..........................................................................2059.2.4.3 Procedimiento...................................................................2069.2.4.4 Lectura y cálculo de los recuentos....................................207

9.3 INFORME DE LOS ENSAYOS..........................................207

INVESTIGACIONES REALIZADAS PARA LA OBTENCIÓN DE BIOFERTILIZANTES A PARTIR DE MATERIA

ORGÁNICA..................................................................................210

10. 1. SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA...................21010.1.1 Inóculo..................................................................21210.1.2 Diagrama de Flujo del proceso a nivel experimental...........................................................................215

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10.2. DESARROLLO EXPERIMENTAL A NIVEL LABORATORIO.......................................................................216

10.2.1. Recolección..........................................................21610.2.2. Molienda..............................................................21710.1.2 11.2.3. Caracterización microbiológica de la materia orgánica....................................................................219

11.2.3.1 Caracterización fisicoquímica de la materia orgánica....219

11.2.4 Almacenamiento..........................................................22111.2.5 Esterilización..............................................................22111.2.6 Biotransformación......................................................22211.3.1 Cronograma de experimentación................................22911.2.7 Secado.........................................................................22411.2.8 Caracterización del producto final.............................227

11.2.8.1 Caracterización microbiológica del producto final........22711.2.8.2 Caracterización fisicoquímica del producto final...........228

11.2.9 Empaque......................................................................22811.3 NORMATIVIDAD............................................................22811.3.1 REQUISITOS GENERALES..................................................23011.3.2 REQUISITOS ESPECÍFICOS.................................................23111.5. RESULTADOS Y ANÁLISIS..........................................233

11.5.1 MATRIZ DE SELECCIÓN..........................................23311.7 CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA 235

11.7.1 Caracterización microbiológica.................................23511.7.2 Caracterización fisicoquímica....................................237

11.8 RESULTADOS DEL PROCESO......................................23911.9 RESULTADOS MICROBIOLÓGICOS DEL PRODUCTO FINAL........................................................................................24311.10 RESULTADOS FISICOQUÍMICOS DEL PRODUCTO FINAL........................................................................................244

GLOSARIO...................................................................................253

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CAPITULO 1

INTRODUCCIÓN

Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) es una preocupación creciente en el mundo, y las autoridades europeas desalientan a los municipios en materia de vertido como su estrategia de gestión de residuos. A este respecto, la digestión anaerobia ofrece muchas ventajas tales como la descomposición de los componentes orgánicos sin la adición de oxígeno, la producción de subproductos útiles como un combustible gaseoso y estabilizado, residuo sólido que se puede vender como un fertilizante del suelo (Speece, 1996 ).

Los retos que competen a la comunidad en general acerca del manejo integral de los residuos sólidos de la población, debidos entre otras causas al elevado índice de crecimiento demográfico e industrial de los países, el cambio de hábitos de consumo de la población, la elevación de los niveles de bienestar y la tendencia a abandonar las zonas rurales para concentrarse en centros urbanos, han afectado de manera sustancial la cantidad y composición de los residuos sólidos cuya composición se ha modificado dejando de ser en su mayoría orgánica, y de fácil degradación a estar caracterizada por abundantes elementos cuya descomposición es lenta y requiere de procesos complementarios para efectuarse, buscando reducir sus impactos al ambiente (Winker M et al, 2009)

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El aprovechamiento de la materia orgánica se ve afectada por la deficiente implementación de procesos de separación selectiva en distintos municipios, lo que acarrea la mala disposición de los residuos, acrecentando los problemas ambientales, que generan en la población problemas de salud, por lo que es necesario realizar una gestión eficiente de los residuos que los incorpore como materia prima reutilizada en procesos productivos benéficos para el ambiente.

El manejo integral y sustentable de los residuos sólidos combina flujos de residuos, métodos de recolección y procesamiento, de lo cual derivan beneficios ambientales, optimización económica y aceptación social en un sistema de manejo práctico para cualquier región (McDougall F.R. et al, 1998). Esto se puede lograr combinando opciones de manejo que incluyen procesos de reutilización y reciclaje, tratamientos que involucran biogasificación, incineración con recuperación de energía, así como la disposición final en rellenos sanitarios.

La creación de líneas de producción industrial de biofertilizantes, podrían hacer progresos considerables hacia la reducción potencial de la contaminación de los residuos sólidos domésticos e industriales como se muestra en (el esquema 1). Los precios de los fertilizantes han venido aumentando en el transcurso del tiempo, esto hace que la disposición de abono orgánico a partir de desechos adquiera una gran importancia.

La Bioenergía se ha considerado como la energía renovable más significativa desde el punto de vista de reusar y reciclar

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fuentes orgánicas. (Feng et al, 2008). Gran parte de los desechos orgánicos, son aplicados directamente al suelo, lo que dramáticamente pone en peligro el medio ambiente, incluyendo las aguas subterráneas, y los ríos o mares aledaños. Ésta práctica donde se aplica el desecho en la tierra promueve que el nitrógeno se pierda (en dos meses cerca del 50% del nitrógeno total) (Williams et al., 1999). La producción de compost de residuos sólidos urbanos (RSU) orgánicos para la agricultura también está ganando popularidad debido a su efecto positivo sobre las propiedades biológicas, físicas y químicas de los suelos (Hargreaves et al, 2008). La calidad del producto final depende del material inicial, por esto es necesario que la materia orgánica a procesar esté libre de impurezas.

En el sentido tradicional, fuentes de energía renovables son aquellas que pueden ser remplazados por la naturaleza, como la energía hidráulica, energía eólica, energía solar y la biomasa. Residuos sólidos urbanos (RSU) se refiere a los materiales de desecho en las zonas urbanas, incluyendo los residuos domésticos, principalmente, frente a veces, la adición de residuos comerciales, recogidos y eliminados por los municipios. RSU contiene una fracción significativa de papel, residuos de alimentos, madera y restos de poda, algodón y cuero, y es una fuente de biomasa. Materiales procedentes de los combustibles fósiles, tales como plásticos, caucho, telas, y también se encuentran en los RSU. La Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. considera RSU una fuente de energía renovable debido a los residuos de otro modo serían enviados

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a los rellenos sanitarios (US Environmental Protection Agency, 2006a).

Los desechos agrícolas y residuos urbanos orgánicos producidos suelen ser ricos en nutrientes como nitrógeno, potasio, fósforo, los cuales son elementos necesarios para que el crecimiento vegetal se lleve a cabo. Una base de datos confiable de las características de los desechos, puede proporcionar un recurso para la evaluación de las opciones de trabajo en todos los programas de gestión de residuos, puede ayudar en la cuantificación de los impactos, prevención de la contaminación y apoyar la planificación y diseño de instalaciones de gestión de residuos, como plantas de compostaje. (Chang y Dávila, 2008).

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Figura 1.1 Conjunto de las líneas de tratamiento de residuos sólidos a partir de basuras urbanas. Fuente: Carbonell Serra E., et al 1989

La basura es un material biodegradable, reciclable y contiene generalmente una cantidad significativa de agua entre el 70 y el 90%. La degradación de la basura se logra mediante métodos fisicoquímicos o microbiológicos, dependiendo de la naturaleza y la composición de la basura. Las estadísticas muestran que el 46% de la basura en residuos industriales se recicla para el abono, alimentos para animales, etc. (Haruta et al, 2005).

Las regiones tropicales se enfrentan a una escasez de insumos de fertilizantes principalmente de nitrógeno, que es un nutriente esencial para obtener altos rendimientos de la mayoría de los cultivos (Gutiérrez-Miceli et al, 2008). La producción de compost de una fracción orgánica de los

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residuos sólidos y su uso en la agricultura puede ser una importante vía de recuperación de materia orgánica, este compost mantiene y mejora el bienestar físico, químico y las propiedades biológicas de los suelos empobrecidos mediante el suministro de materia orgánica. (Baldan Toni et al, 2010)

La disponibilidad de nutrientes de un fertilizante de origen orgánico se encuentra definido por los nutrientes que estén presentes en forma de minerales y la presencia de compuestos de carbono, orgánicamente estos nutrientes deben ser mineralizados para ser absorbido por las plantas. (Winker et al, 2009).

REFERENCIAS

Baldantoni D., Leone A., Lovieno P., Morra L., Zaccardelli M., Alfani A., 2010. Total and available soil trace element concentrations in two Mediterranean agricultural systems treated with municipal waste compost or conventional mineral fertilizers. Chemosphere 80, 1006–1013.

Bioeng., 97, 119–126. Technol. Res., 6, 140–145. 2006

Carbonell Serra E., 1989. Proceso para el tratamiento de residuos sólidos urbanos. Patente de invención, Barcelona- España Chang N.B., Davila E., 2008. Municipal solid waste characterizations andmanagement strategies for the Lower Rio Grande Valley, Texas. Waste Management 28, 776–794.

Feng C., Shimada S., Zhang Z., Maekawa T., 2008. A pilot plant two-phase anaerobic digestion system for bioenergy

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recovery from swine wastes and garbage.Waste Management 28, 1827–1834.

Oliva Llaven M.A., Guillen Cruz M.J., Dendooven L., 2008. Formulation of a liquid fertilizer for sorghum (Sorghum bicolor (L.)Moench) using vermicompost leachate.Bioresource Technology 99, 6174–6180.J. Biosci.

Speece, 1996 R.E. Speece. Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewaters. Archae Press, Nashville, Tennessee, USA (1996)

Hargreaves J.C., Adl M.S., Warman P.R., 2008. A review of the use of composted municipal solid waste in agriculture. Agriculture, Ecosystems and Environment 123, 1–14.

HARUTA S., NAKAYAMA T., NAKAMURA H., HEMMI H., ISHII M., IGARASHI Y., NISHINO T., 2005.Microbial Diversity in Biodegradation and Reutilization Processes of Garbage. JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING, Vol. 99, No. 1, 1–11.

US.Environmental Protection Agency, 2006c.Standards of performance for new stationary sources and emission guidelines for existing sources: large municipal waste combustors; final rule. Fed Regist, 71 (2006), pp. 27324–27348

Williams, C.M., Barker, J.C., Sims, J.T., 1999. Management and utilization of poultry waste. Rev. Environ. Contam.Toxicol. 162, 105–157.

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Winker M., Vinnerås B., Muskolus A., Arnold U., Clemens J., 2009. Fertiliser products from new sanitation systems: Their potential values and risks. Bioresource Technology 100, 4090–4096.

McDougall F.R. y P.R. White, 1998, the use of Lifecycle Inventory to Optimise Integrated Solid Waste Management Systemas: A Review of Case Studies. Paper presented al Systems Engineering Models for Waste Management. Gothenburgo, Suecia.

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CAPITULO 2

GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS.

La mayoría de las sociedades modernas está logrando su desarrollo sin controlar adecuadamente todas las presiones ambientales generadas sobre su entorno. Este desarrollo se ha forjado mediante procesos y actividades que llevan implícitos la producción de una gran cantidad de residuos, los cuales en su mayoría son orgánicos.

Las pautas de consumo y la actividad económica están dando lugar al aumento de la generación de residuos y de los problemas derivados de su inadecuada gestión, sin que se produzca el desacoplamiento entre crecimiento económico y producción de los mismos. El ministerio del Medio Ambiente, enuncia en la Política para la Gestión de residuos que desde el punto de vista ambiental, este problema está relacionado también con:

• Falta de conciencia ciudadana sobre la relación entre los residuos, el ambiente, la economía familiar y nacional. • Ausencia de un marco de apoyo a la introducción de tecnologías limpias. • Ausencia del establecimiento de responsabilidad de los sectores productivos en la generación, manejo y disposición de residuos pos consumo.

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A continuación se mostrará los porcentajes de residuos orgánicos generados a partil del peso total de los mismos, a nivel mundial, departamental y local.

2.1 Nivel Mundial

Como resultado de la rápida urbanización y los cambios en el consumo de muchas ciudades en los países en desarrollo, la generación de residuos ha aumentado. Sin embargo, los residuos generados, en la mayoría de los casos, no se gestionan adecuadamente. Por lo tanto, esto tiene consecuencias enormes en términos de recolección, disposición y eliminación de residuos ( Thonart et al., 2005  y  Moghadam et al., 2009 ).En casi todos los países en desarrollo, los residuos sólidos de la ciudad constituye un peligro, ya sea desde el punto de vista ecológico o el punto de vista sanitario. Casi en todas partes, hay una clara falta de política en materia de recolección de residuos eficiente y una ausencia total de su tratamiento (Culot et al., 1999).Muchos expertos de varias ciudades en los países en desarrollo han expresado serias preocupaciones sobre el tratamiento inadecuado de los desechos y la eliminación de estos (Berkun et al., 2005 ,Pokhrel y Viraraghavan, 2005 ,Barton et al., 2008, Chung y Lo, 2008, Imam et al., 2008  y  Sharholy et al., 2008). En la mayoría de los países en desarrollo, la gestión de los residuos sólidos se lleva a cabo por las autoridades locales. Estos servicios incluyen la recogida de residuos (ya sea en hogares o centros de recogida de distrito) para su

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disposición final. Sin embargo, la baja base financiera y capacidad de recursos humanos de estas autoridades locales significa que en la mayoría de los casos, sólo son capaces de proporcionar un servicio limitado (Barton et al., 2008).

El manejo inadecuado de los residuos sólidos en la mayoría de ciudades de los países en desarrollo da lugar a problemas que afectan la salud humana y animal y, finalmente, dan lugar a pérdidas económicas, ambientales y biológicas (Wilson et al., 2006, Kapepula et al., 2007  y   Sharholy et al., 2008).

Los 27 Estados miembros (UE-27), más Croacia, Islandia, Noruega y Turquía generan alrededor de tres millones de toneladas de residuos en 2006, unas seis toneladas por persona, de los que un 3% es peligroso, según datos de la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA).

El 32% de los residuos generados en Europa proviene de las actividades de construcción y demolición, el 25% de la minería y canteras, y el 47% restante de la manufactura, los hogares y otras actividades. La generación anual de residuos municipales procede en su mayor parte de los hogares, ha llegado a 524 kilos por persona. Según Universidad Autónoma de la Ciudad de México (UACM), la generación de residuos municipales a nivel mundial es la siguiente:

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Tabla 2.1 Generación de residuos sólidos municipales KAREN MUÑOZ, Nov-2009.

Fuente: UACM, Abril 2008

En general, cuanto mayor es el desarrollo económico y mayor es la proporción de población urbana de los países, mayor es la cantidad de residuos sólidos que se producen. El aumento en la generación de residuos se debe a los estilos de vida, los hábitos alimenticios y los niveles de vida de la población urbana. Los factores geográficos, el nivel de desarrollo económico y la densidad de población urbana son una variable de la cual depende la generación de residuos sólidos en los países. El nivel de industrialización influye significativamente en la cantidad y calidad de los residuos, ya que en la mayoría de los desechos industriales tanto de pequeñas y grandes fábricas tienen paso por las corrientes de agua de la ciudad.

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PAÍS GENERACIÓN (Kg/hab/día)

USA 1.970Canadá 1.900Finlandia 1.690Holanda 1.300Suiza 1.200Japón 1.120Brasil 1.350Argentina 0.880Chile 0.870 – 1.4México 0,856Colombia 0.5 – 0.6

Otra fuente de residuos proviene de hospitales y clínicas, que en la mayoría de los países no poseen una gestión de tratamiento específico para este tipo de basuras. Cuando son mezcladas con otro tipo de residuos no solo representan una amenaza para salud, sino constituyen un riesgo a largo plazo para el medio ambiente.

Asia-Pacífico genera unos 700 millones de toneladas de residuos sólidos total anual, sin embargo las actividades industriales generan alrededor de 1900 millones de toneladas de residuos al año. Los desechos industriales son muy diferentes y específicos para cada industria. En esta región 2600 millones de toneladas de las cantidades locales de residuos generados anualmente. Se estima también que alrededor del 30 al 50% de los residuos generados se mantienen sin vigilancia y control de las entidades medioambientales de los países, mostrando estadísticas de recolección de basuras que no superan el 80%, el resto permanece sin vigilancia en las calles o en los pequeños vertederos; alrededor del 90% de los RSU recogidos se dispone en rellenos sanitarios, y el restante se somete a una serie de procesos bioquímicos para la obtención de abono.

La Unión Europea genera alrededor de 1,3 millones de toneladas de residuos al año, con una contribución del sector agrícola de 700 millones de toneladas. Los niveles más altos de consumo de recursos se han traducido en graves consecuencias, lo que lleva a limitaciones y a la degradación ambiental. Los residuos sólidos urbanos de Europa incluyen los residuos procedentes de hogares, áreas de edificios

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públicos, así como un pequeño comercio. No se incluyen las heces humanas y los lodos residuales generados en las plantas de tratamiento de aguas residuales, escombros de demolición, sobrantes agrícolas, residuos industriales, así como desperdicios de hospitales.

GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN EL MUNDO

Figura 2.1 Generación de Residuos sólidos en el mundoFuente: UACM, Abril 2006

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USA; 1970; 19%

Canadá; 1900; 18%

Finlandia; 1690; 16%

Holanda; 1300; 12%

Suiza ; 1200; 11%

Japón ; 1120; 11%

Brasil; 1350; 13%

México; 0.856000000000001;

0%

2.2 Nivel Nacional

Colombia cuenta con 32 departamentos y 1.112 municipios, de los cuales existe información de 1.088 sobre el tipo de disposición final que está empleando para los residuos. Con base en la información reportada al Sistema Único de Información (SUI) 2008, por los prestadores del servicio de aseo, se determinó que en Colombia se generan aproximadamente 25.079 toneladas diarias de residuos, de las cuales el 90.99% (22.819,2 ton/día) son dispuestas en rellenos sanitarios o plantas integrales de tratamiento de residuos sólidos; persistiendo la disposición inadecuada del 9.01% restante (2.260 ton/día).

Figura 2.2 Sistemas de Disposición Final - Año 2008

Fuente: SUI – SSPD, 2008

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No obstante, la tendencia en los sistemas de disposición final utilizados corresponde, en mayor medida, a rellenos sanitarios, según lo muestra el gráfico 2,3 de igual manera no es una alternativa óptima para el aprovechamiento, además se observa que para el año 2008, los residuos sólidos fueron dispuestos en 254 rellenos sanitarios, de los cuales 43 son regionales y 59 plantas integrales de residuos sólidos, donde acuden 751 municipios del país, es decir el 69,03% de total de los municipios con información. De éste total, 653 municipios realizan la disposición del 88.54% de la producción nacional de residuos sólidos (22.204,26 ton/día) en rellenos sanitarios y 98 municipios lo realizan en plantas integrales, lo que corresponde al 2,45% de la producción (615 ton/día). No obstante, cabe resaltar que este informe se refiere a los sitios que cuentan con el permiso de la Autoridad Ambiental para su funcionamiento, pero de los cuales no se tiene certeza sobre su operación.

Figura 2.3 Toneladas dispuestas en CundinamarcaFuente: SUI – SSPD, 2008

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El Departamento de Cundinamarca, cuenta con 117 municipios y una población aproximada en sus cabeceras municipales de 9’288.868 habitantes que producen aproximadamente 6.986,8 ton/día, representado el 26% de la producción de residuos sólidos del país. El 91% de los municipios (103) dispone sus residuos en sistemas de relleno sanitario y/o plantas de aprovechamiento, 98 en rellenos sanitarios donde se depositan en promedio 6.942,9 ton/día de residuos sólidos (99,3%) y donde se contempla la producción de Bogotá como lo muestra el gráfico 2; como ciudad capital que representa el 84,16% (5.880 Ton/día) de la producción total de residuos del departamento que es llevada al relleno sanitario-Doña Juana. Por su parte, 8 municipios disponen en 6 plantas integrales un total del 35,8 ton/día que corresponde al 0,5% de la producción departamental.

Teniendo en cuenta que el presente trabajo desarrolla el proyecto de manejo de residuos sólidos municipales, se escogió el municipio de Mosquera como caso de estudio. En el municipio de Mosquera opera la entidad prestadora del servicio de recolección de basuras Hábitat Limpio las generalidades de este municipio se pueden observar en la tabla 2.2, la recolección de las basuras se hace 2 veces por semana y se cuenta con equipos como camiones recolectores de 16 Ton y 9 Toneladas.

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Tabla 2.2 Generalidades del municipio de Mosquera, Cundinamarca, 2006.Fuente: relleno sanitario nuevo Mondoñedo

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La caracterización de los residuos sólidos orgánicos generados por el municipio de Mosquera fue aportada por el relleno sanitario nuevo Mondoñedo en el cual son depositados los desechos de este municipio. Esta caracterización es realizada por el método del cuarteo, y la realizan dos veces por año, los datos de estas caracterizaciones se muestran en la tabla 2.3 dando un porcentaje de 36,6% del total de la muestra caracterizada para el último año (2010)

.Tabla 2.3 Caracterización Residuos sólidos Mosquera.

Mondoñedo Fuente: relleno sanitario nuevo Mondoñedo

REFERENCIAS

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CAPITULO 3

CLASIFICACIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS.

Antes de poder clasificar los diferentes residuos, es importante mencionar que son cualquier objeto, sustancia o elemento sólido, semisólido, líquido o gaseoso resultante del consumo o uso de un bien en actividades domésticas, industriales, comerciales, institucionales o de servicios, que el generador abandona, rechaza o entrega y que es susceptible de aprovechamiento o transformación en un nuevo bien, con un valor económico o de disposición final.

Los residuos sólidos pueden ser aprovechables o no, son considerados en esta categoría además de los mencionados anteriormente los residuos provenientes del barrido y limpieza de áreas y vías públicas, corte de césped y poda de árboles.

Una alternativa para el componente biodegradable de los residuos sólidos municipales se encamina hacia la reducción, reutilización y reciclaje; y en algunos casos de necesidad energética mediante la producción de biogás. (Sancho et al, 2005)

Normalmente la biotransformación es utilizada para la conversión de gran variedad de residuos orgánicos a productos finales útiles. (Xin-Rui et al, 2008) Esto indica que la basura municipal es potencialmente una alta fuente de bioenergía. (Rao et al, 2000)

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Los residuos sólidos urbanos sin un proceso de separación ofrecen pocas ventajas, pero si se realiza de los desechos domésticos e industriales, ello mejora no solo la calidad del producto final sino que mejora el grado de reutilización de muchos residuos. La separación de éstos como se muestra en la el esquema 2, mejora la calidad de los productos para ser reciclados. El hecho de que la fracción orgánica se separa de la fracción inorgánica significa que la fracción orgánica tendrá una baja concentración de metales pesados y estará libre de metal, vidrio y piedras, mientras que la fracción inorgánica se seca y estará menos sucia. (Buenrostro et al, 2009)

Los residuos se pueden clasificar de varias formas, tanto por estado, origen o por el tipo de manejo que se les debe dar.

• Clasificación por estado

Un residuo es definido por estado, según el estado físico en que se encuentre. Existe por lo tanto tres tipos de residuos desde este punto de vista: sólidos, líquidos y gaseosos. Es importante anotar que el alcance real de esta clasificación puede fijarse en términos meramente descriptivos o, como es realizado en la práctica, según la forma de manejo asociado.

• Clasificación por origen

Se puede definir el residuo por la actividad que lo origine, esencialmente es una clasificación sectorial. Según esta clasificación, los tipos de residuos más importantes son:

Residuos sólidos urbanos: Los que componen la basura doméstica; la generación de residuos varía en función de

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factores culturales asociados a los niveles de ingreso, hábitos de consumo, desarrollo tecnológico y estándares de calidad de vida de la población. Los sectores de más altos ingresos generan los mayores volúmenes per cápita de los residuos, y estos residuos tienen un mayor valor incorporado que los provenientes de sectores más pobres de la población. Estos a su vez se clasifican en:

Residuos industriales: La cantidad de residuos que genera una industria es función de la tecnología del proceso productivo, calidad de las materias primas o productos intermedios, propiedades físicas y químicas de las materias auxiliares empleadas, combustibles utilizados y los envases y embalajes del proceso. Dentro de los residuos que genera la industria es conveniente diferenciar entre:

Inertes: son los escombros y materiales similares. Es un residuo estable en el tiempo, el cual no producirá efectos ambientales apreciables al interactuar en el medio ambiente. También se incluyen algunos residuos similares a los residuos sólidos urbanos: Restos de comedores, oficinas, etc.

Residuos radiactivos: materiales que emiten radiactividad.

Residuos tóxicos y peligrosos: son considerados en este grupo los que entran dentro de las características especificadas por las diferentes normas medioambientales. Este grupo de residuos exige, en función de sus características físicas o químicas, un proceso de tratamiento, recuperación o eliminación específica.

Residuos mineros: los residuos mineros incluyen los materiales que son removidos para ganar acceso a los

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minerales y todos los residuos provenientes de los procesos mineros. Actualmente, la industria del cobre se encuentra empeñada en la implementación de un manejo apropiado de estos residuos, por lo cual se espera en un futuro próximo contar con estadísticas apropiadas.

Residuos hospitalarios: Restos del trabajo clínico o de investigación. Actualmente el manejo de los residuos hospitalarios no es el más apropiado ya que no existe un reglamento claro al respecto. El manejo de estos residuos es realizado a nivel del generador y no bajo un sistema descentralizado. A nivel del hospital los residuos son generalmente esterilizados. La composición de los residuos hospitalarios varía desde el residuo tipo residencial y comercial, a residuos de tipo médico que contienen sustancias peligrosas.

Igualmente éste grupo de clasificación por origen lo podemos sub-clasificar en residuos aprovechables y en residuos no aprovechables. “Los residuos aprovechables son aquellos que a través de un manejo integral de los residuos sólidos, se recuperan y se reincorporan al ciclo económico y productivo en forma eficiente, por medio de la reutilización, el reciclaje, la incineración (con fines de generación de energía), el compostaje o cualquier otra modalidad que conlleve beneficios sanitarios, ambientales, sociales y/o económicos. (DECRETO 1713 DE 2002. Artículo 1.)

Y, los no aprovechables son aquellos que ya terminaron su vida útil y que se les debe hacer un tratamiento o disposición final adecuada debido a que por sus condiciones de origen pueden afectar o alterar ostensiblemente el medio ambiente; en

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este grupo encontramos los residuos inertes, radioactivos, tóxicos y peligrosos

• Clasificación por tipo de manejo

Se puede clasificar un residuo por presentar alguna característica asociada al manejo que debe ser realizado, así:

Residuo peligroso: residuos que por su naturaleza son inherentemente peligrosos de manejar y/o disponer y pueden causar muerte, enfermedad; o que son peligrosos para la salud o el medio ambiente cuando son manejados en forma inapropiada.

Residuo inerte: Residuo estable en el tiempo, el cual no producirá efectos ambientales apreciables al interactuar en el medio ambiente.

3.1 CategoríasLos residuos sólidos urbanos se pueden clasificar en las siguientes categorías:

a. Materia orgánica degradable: la materia orgánica es decir, que se degrada rápidamente en condiciones mesófilas, como los residuos de comida, recortes de césped, papel de cocina húmedo, etc.

b. Materia lentamente degradable y no degradable: Materia compostable, como la madera o plantas leñosas, los huesos, humus en macetas para flores, papel plastificado y no de cartón, etc.

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c. Residuos inertes como plástico, vidrio, metales y materiales sintéticos, etc.: Como la calidad de los productos finales obtenidos y el grado de recuperación es puramente dependiente de las materias primas básicas utilizadas en un proceso de compostaje, es muy importante que los residuos biodegradables estén libres de cualquier tipo de contaminantes. (Buenrostro et al, 2009)

Figura 3.1 Clasificación de los residuos sólidos municipales. Fuente: (SHARMA et al, 1997)

A medida que sea generado el residuo, la preocupación de identificar y acondicionar herramientas integrales para la disposición de residuos ha conllevado ha realizar diferentes clasificaciones, desde las más general y sencilla, hasta aquella que contempla la composición, impacto, reactividad, entre

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otras características de las sustancias a analizar. Según la clasificación realizada por la corporación ambiental empresarial de Colombia existen:

Residuos convencionales: que son aquellos objetos, materiales, sustancias o elementos sólidos que por su naturaleza, uso, consumo y/o contacto con otros elementos, objetos o productos no peligrosos, que el generador abandona, rechaza o entrega siendo susceptibles de aprovechamiento o transformación en un nuevo bien, con valor económico o de disposición final. Este tipo de residuo de acuerdo a sus características pueden ser aprovechables o no para procesos de reutilización de los mismos.

Residuos especiales: que son aquellos objetos, elementos o sustancias que se abandonan, botan, desechan, descartan o rechazan y que por su naturaleza, uso contacto, cantidad, concentración o características son infecciosos, tóxicos, combustibles, inflamables, explosivos, corrosivos, radiactivos, reactivos o volatilizables y pueden causar riesgo a la salud humana o deteriorar la calidad ambiental hasta niveles que causen riesgos patológicos.

3.1.1 Los residuos sólidos orgánicos y su clasificación.

Dante Flórez, define y clasifica los residuos sólidos orgánicos de la siguiente manera: Los residuos sólidos son aquellos residuos que provienen de restos de productos de origen orgánico, la mayoría de ellos son biodegradables (se descomponen naturalmente). Se pueden desintegrar o degradar

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rápidamente, transformándose en otro tipo de materia orgánica. Ejemplo: los restos de comida, frutas y verduras, carne, huevos, etcétera, o pueden tener un tiempo de degradación más lento, como el cartón y el papel. Se exceptúa de estas propiedades al plástico, porque a pesar de tener su origen en un compuesto orgánico, posee una estructura molecular más complicada.

Clasificación: Existen muchas formas de clasificación de los residuos sólidos orgánicos, sin embargo, las dos más conocidas están relacionadas con su fuente de generación y con su naturaleza y/o características físicas.

Figura 3.2 Clasificación de los Residuos Orgánicos Municipales según su fuente.

Fuente: DANTE, Flores: Guía No. 2. Para el aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos. Quito, Guía No. 2 (Marzo. 2001); p.10.

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La figura 3.2, muestra una primera clasificación de los residuos orgánicos de acuerdo a su fuente de generación, es muy utilizada para identificar las fuentes potenciales de materia orgánica para su aprovechamiento. Como ejemplo, una de las fuentes para la elaboración del abono orgánico, lo constituyen los residuos de mercado igualmente que los domiciliarios que en la mayoría de casos representan más del 50% de los residuos totales generados.

• Residuos sólidos orgánicos institucionales: residuos provenientes de instituciones públicas (Gubernamentales) y privadas. Se caracteriza mayormente por contener papeles y cartones y también residuos de alimentos provenientes de los comedores institucionales.

• Residuos sólidos orgánicos de origen comercial: son residuos provenientes de los establecimientos comerciales, entre los que se incluyen tiendas y restaurantes. Estos últimos son la fuente con mayor generación de residuos orgánicos debido al tipo de servicio que ofrecen como es la venta de comidas. Requieren de un trato especial por ser fuente aprovechable para la alimentación de ganado porcino (previo tratamiento).

• Residuos sólidos de mercados: son aquellos residuos provenientes de mercados de abastos y otros centros de venta de productos alimenticios. Es una buena fuente para el aprovechamiento de orgánicos y en especial para la elaboración de compost y fertilizante orgánico.

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• Residuos sólidos orgánicos domiciliarios: son residuos provenientes de hogares, cuya característica puede ser variada, pero que mayormente contienen restos de verduras, frutas, residuos de alimentos preparados, podas de jardín y papeles. Representa un gran potencial para su aprovechamiento en los departamentos del país.

Por otra parte según su naturaleza y característica física, los residuos sólidos orgánicos se clasifican según la figura 3.3.

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Figura 3.3 Clasificación generalizada de los residuos sólidos orgánicos Fuente: DANTE, Flores: Guía No. 2. Para el aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos. Quito, Guía No. 2 (Marzo. 2001); p.11.

La Figura 3.3, muestra una clasificación generalizada de los residuos sólidos orgánicos, según su naturaleza y/o característica física. Se considera dentro de la clasificación también al cuero (4), papel, cartón (5) y plásticos (6), sin embargo estos no son materia de tratamiento debido a que su reaprovechamiento y reciclaje se realiza en un sistema más complejo y costoso.

3.1.2 Tipos de residuos.

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• Residuos de alimentos: Son restos de alimentos que provienen de diversas fuentes, entre ellas: restaurantes, comedores, hogares y otros establecimientos de expendio de alimentos.

• Estiércol: Son residuos fecales de animales que se aprovechan para su transformación en bioabono o para la generación de biogás.

• Restos vegetales: Son residuos provenientes de podas de jardines, parques u otras áreas verdes; también se consideran algunos residuos de cocina que no han sido sometidos a procesos de cocción como legumbres, cáscara de frutas, etc.

• Papel y cartón: Son residuos con un gran potencial para su reciclaje pero que no materia de desarrollo en éste trabajo.

• Cuero: Son residuos mayormente derivados de artículos de cuero en desuso.

• Plásticos: Son considerados como residuos de origen orgánico ya que se fabrican a partir de compuestos orgánicos como el etano (componente del gas natural), también son fabricados utilizando algunos derivados del petróleo.

3.1.3 Propiedades biológicas de los residuos sólidos orgánicos. Excluyendo el plástico, papel, cartón y el cuero, la fracción orgánica de la mayoría de los residuos tienen estos principales constituyentes:

Grasas, aceites, resinas, terpenos.

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Enzimas, hormonas, vitaminas, pigmentos, sustancias antibióticas.

Constituyentes minerales: fosfatos, sulfatos, carbonatos, clorados, nitratos,

Sales de K, Na, Ca, Mg y micro elementos. Constituyentes solubles en agua, como azúcares, féculas,

aminoácidos y varios ácidos orgánicos. Hemicelulosa, un producto de condensación de azúcares con

cinco y seis carbonos. Celulosa, un producto de condensación de glucosa de azúcar

con seis carbonos. Grasas, aceites y ceras, que son ésteres de alcoholes y ácidos

grasos de cadena larga. Lignina, un material polímero presente en algunos productos

de papel como periódicos. Lignocelulosa, una combinación de lignina y celulosa. Proteínas, que están formadas por cadenas de aminoácidos.

La característica biológica más importante de la fracción orgánica de los residuos de las ciudades, es que casi todos los componentes orgánicos pueden ser convertidos biológicamente en gases y sólidos orgánicos relativamente inertes. La producción de olores y la generación de moscas están relacionadas también con la naturaleza putrefactible de los materiales orgánicos encontrados en este tipo de residuos por ejemplo los residuos de comida.

REFERENCIAS

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CAPITULO 4

FUENTES DE MATERIA ORGÁNICA RESIDUAL.

La materia orgánica es indispensable en los suelos ya que su presencia determina y condiciona el medio físico y biológico sobre el cual se desarrollan las plantas. Esta materia orgánica juega un papel importante sobre la estructura, la permeabilidad y la aireación, por lo que el mantenimiento de niveles óptimos

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es una forma de luchar contra la erosión y la pérdida de fertilidad de los suelos.

Los microorganismos del suelo utilizan esta materia orgánica como fuente de energía y como materia prima de los elementos constituyentes de sus tejidos; además, tiene una elevada capacidad de cambio y forma complejos arcillo-húmicos que regulan las concentraciones de nutrientes en la solución del suelo, amortiguando posibles variaciones. De estas consideraciones se deduce la importancia de mantener y acrecentar los niveles de materia orgánica de nuestros suelos. Debido a la limitación de abonos orgánicos tradicionales utilizados se han buscado en los últimos años nuevas fuentes de materia orgánica.

Tal es el caso de los lodos residuales y residuos sólidos urbanos que contienen hasta un 60% y 20% de materia orgánica en su composición respectivamente.

El uso de lodos digeridos, procedentes de la depuración de aguas residuales urbanas y de residuos sólidos urbanos, como fertilizantes orgánicos es uno de los principales medio de reutilización de estos residuos sólidos, si bien tiende a disminuir debido a la contaminación por cationes pesados a que da lugar. Esta peligrosidad ha llevado a la formulación de una específica normativa legal que, en cada país, y con rangos de variación muy grandes, controla y limita el aporte de estos elementos a los suelos agrícolas.

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La materia orgánica es un componente clave para el mantenimiento de las funciones del suelo, al tiempo que lo protege del progreso de otros procesos de degradación. Los agrónomos consideran que los suelos con menos del 1,7% de materia orgánica están en fase de pre-desertificación. Estimaciones recientemente realizadas afirman que el suelo de casi el 75% de la superficie total muestreada del Sur de Europa tiene un contenido bajo o muy bajo de materia orgánica, sin embargo muchos agrícolas de la Península Ibérica tienen en realidad niveles inferiores al 1,5%.

El contenido de materia orgánica condiciona muchas propiedades del suelo. Cuando este componente es escaso las modifica severamente de la forma siguiente: debilitamiento de la estructura, predisposición para la formación de costras y compactación, aceleración de la erosión hídrica y de la escorrentía superficial de las aguas, disminución de la capacidad de retención hídrica y de elementos nutritivos, declive de la fertilidad, aumento de la temperatura del suelo, reducción de la diversidad biológica y como consecuencia de la actividad de los organismos del suelo.

En los suelos naturales la materia orgánica se incorpora y descompone de forma prácticamente constante e incluso la descomposición es relativamente constante para un tipo de suelo bajo unas determinadas condiciones climáticas y el mismo manejo. Sin embargo las prácticas asociadas a la agricultura intensiva no han propiciado su conservación y el contenido ha disminuido notablemente con el paso del tiempo al no restituirse con restos vegetales. En cualquier caso el

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nivel de materia orgánica en el suelo (Soliva y Felipó, 2002) depende del siguiente conjunto de factores:

Condiciones climáticas dominantes, fundamentalmente de los regímenes de humedad y temperatura, ambos parámetros interactúan conjuntamente.

Presencia de minerales de arcilla en el suelo que facilita la formación de complejos estables con los materiales orgánicos.

Tipo de prácticas agrícolas y sistemas de manejo a que se ha sometido. La rotación de cultivos, el laboreo de conservación, o el no laboreo favorecen la conservación de la materia orgánica.

La naturaleza de los materiales orgánicos que se incorporen. La cantidad de materia orgánica resistente y su nivel de estabilidad son parámetros indicadores de la calidad de los materiales orgánicos que el suelo recibe.

4.1 RESIDUOS DE ANIMALES

La conversión de los residuos de pescado provenientes de un restaurante especializado en pescados crudos empleó cinco bacterias aisladas de vísceras identificadas como Brevibacillus, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, y parabrevis Brevibacillus por ARNr 16S para la obtención de biofertilizantes (Kim J.K., Dao V.T., Kong I.S., Lee H.H et al 2010).

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Después de 120 horas de la inoculación de los desechos de pescado, las cuales se hicieron a través de un curado en la autoclave con 5.15x10 5 UFC/ml., mixtos aislados, la cantidad de lodo seco disminuyó desde 29,4 hasta 0,2 g., y el pH cambió desde 7,05 hasta 5,70, y el número de células alcanzaron las 6.45x10 UFC/ml. Se analizaron los residuos de pescado inoculados y se determinó una baja fitotoxicidad en una prueba de germinación de semillas, y se encontraron los siguientes resultados: contenido de aminoácidos de 5,71g/100g.; una baja concentración de metales pesados (Pb, As, Cd, Hg, Cr, Cu, Ni y Zn), y un nivel de N / P / K de 2,33%. Por lo tanto los desechos de pescado convertidos tienen el potencial para su uso como fertilizante líquido por su contenido de minerales (Lewis Christopher. Abril 2008).

Otra forma de aprovechar la materia orgánica es el tratamiento térmico para animales muertos o subproductos de mataderos, según el Reglamento Europeo (CE) 1774/2002, que entró en vigor en 2003, se reconoce como un proceso de eliminación segura. Los desechos animales tienen un alto poder calorífico (más de 16 MJ / kg). Sin embargo, la combustión de la materia orgánica deja residuos minerales (cerca de 30%). Las cenizas contienen mayor cantidad de calcio y de fosfato con algo de sodio, potasio y magnesio. Debido a ello se han realizado estudios para la transformación de las cenizas en un fertilizante de lenta liberación (SRF) (Sharrocka P. et al, 2008), debido al gran valor de minerales de fosfatos presentes en ellos.

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La biomasa es una fuente potencial de energía que puede reducir nuestra dependencia del petróleo, al ser esta la principal fuente de energía empleada. Animales como ovejas, vacas, gallinas entre otros, en una cantidad aproximada a 2,4 millones pueden producir 5,3 millones de toneladas de residuos sólidos al año. Si estas cantidades pueden ser efectivamente utilizadas, no solo podrán ser parte importante de la producción de abono del sector, sino podrán ser utilizados en procesos de aprovechamiento energético, involucrados en la producción de energía. La biomasa puede utilizarse en su forma sólida o gasificada para la calefacción, las aplicaciones o la generación de electricidad, o puede ser convertida en combustibles líquidos o gaseosos. El uso de biomasa para producir calor y energía puede ser ambientalmente beneficioso ya que la biomasa es un recurso renovable y su combustión no contribuye a los gases adicionales de efecto invernadero a la atmósfera. Cantrell revisó la tecnología actual biológica y térmica para la conversión de la ganadería de residuos en energía. Se sugiere un híbrido biotérmico del sistema que es capaz de tratar los desechos del ganado, mientras que al mismo tiempo permita reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y producir energía.

Tricase y Lombardi analizaron la situación actual y las proyecciones de la producción de biogás a partir de residuos de animales en Italia. Estimaron que con un total de residuos animales disponibles de 132 millones de m cúbicos por año, es

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posible producir aproximadamente 2,2 Giga metros cúbicos por año de biogás.

Debido a que el fosfato es el nutriente limitante de costumbre en el suelo, y la disponibilidad de nutrientes para las plantas en él es fundamental para mejorar el crecimiento y rendimiento de los cultivos, la formación de las floraciones de algas; las pérdidas de fosfato por la escorrentía y la lixiviación deben reducirse al mínimo en las tierras agrícolas. Es por ello que los fertilizantes de liberación lenta (SRF) son la respuesta a esta problemática.

Los SRF son generalmente clasificados en uno de varios grupos: paletizado o de base matriz, modificados químicamente, recubiertos o infiltrados en depósitos de zeolita. Debido a que los nutrientes se liberan a una menor velocidad durante toda la temporada con el marco estratégico de resultados, las plantas son capaces de tomar la mayor parte de los nutrientes por lixiviación sin desperdicio. Los SRF también son más convenientes, ya que es menos frecuente la aplicación que se requiere.

4.2 SEDIMENTOS DE AGUAS RESIDUALES

El impacto que conlleva no tratar aguas residuales en el medio ambiente no se margina únicamente al caso legal sino también a la fauna y la flora, y a la salud humana ya que debido al ciclo del agua los diferentes residuos tienen la posibilidad de llegar a los seres humanos, animales, cultivos y flora de diferentes

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formas, como al ser absorbidos por los vegetales cuando se emplean aguas mal tratadas o sin tratar para los riegos, sin tener el conocimiento de parte de los agricultores, que ellos mismos están afectando el desarrollo y rendimiento de sus cultivos, ya que aguas sin tratar son desechadas directamente a los ríos provocando en la población enfermedades gástricas como diarrea, que según estudios es producida en su gran mayoría por un microorganismo conocido como la E. Coli que se encuentra en aguas residuales y sirve como identificación de aguas no tratadas (Potter et al, 2005), entre otras afecciones, sin contar con los metales pesados arrojados a los ríos que son bioacumulables y pueden generar eutrofización por la sobrecarga de materia orgánica contenida en estos bancos de agua, y para los cuales se están desarrollando nuevos métodos de tratamiento como una nano estructura recubiertas con un tipo especial de silicato que puede capturar metales pesados separándolos de corrientes hídricas con la posibilidad de ser recuperados (ScienceDaily et al, 2007)

La exigente legislación ambiental, está generando una necesidad creciente de sistemas capaces de eliminar porcentajes muy elevados de materia orgánica (DQO), nitrógeno y fósforo. Por esto, el sector de tratamiento de aguas residuales podría contribuir conjuntamente con el desarrollo de biofertilizantes al proporcionar los sedimentos de estas aguas, debido a que el problema de sobrecarga orgánica que buscan ellos eliminar, se podría utilizar como materia prima en el desarrollo de biofertilizantes con el debido tratamiento. El estiércol líquido y aún más los sedimentos de líquidos

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residuales contienen también gran valor en cuanto a minerales y nutrientes aprovechables para el desarrollo de biofertilizantes. Los sedimentos de líquidos residuales se acercan mucho a los mismos contenidos de nutrientes de los lodos activados, por lo que serían otra materia prima de estudio.

El desarrollo de pre tratamientos mediante la aplicación de métodos microbiológicos también son relativamente económicos y muy efectivos debido a la útil incorporación de organismos benéficos como primer tratamiento ya que el nivel de efectividad esta correlacionado con el nivel de crecimiento de ellos (fase exponencial); son una buena alternativa para eliminar el nitrógeno, fósforo, y contaminantes orgánicos según lo consultado uno de los métodos viables es el tipo de siembra de microorganismos inmovilizados (WANG L. et al 2008). En el cual el gran aumento de las especies de bacterias se correlaciona con la gravedad de la contaminación. Estas bacterias heterotróficas pueden eliminar el nitrógeno, fósforo, y contaminantes orgánicos al mismo tiempo después de que se aclimatan y se prepara el tipo de siembra de los microorganismos inmovilizados.

Las condiciones adecuadas para los microorganismos inmovilizados para purificar el agua son el tiempo de exposición = 24 h, pH = 7.0-8.0, y los microorganismos inmovilizados = 0.75-1 g/50 mL.

Para otros tipos de contaminantes contamos con otra técnica: la utilización de microorganismos como biosorbentes de

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metales pesados (Sisca O. et al, 2008), el cual ofrece una alternativa potencial a los métodos ya existentes para la destoxificación y recuperación de metales tóxicos o valiosos presentes en basuras liquidas residuales. Muchas levaduras, hongos, algas, bacterias y cierta flora acuática tienen la capacidad de concentrar metales a partir de soluciones acuosas diluidas y de acumularlas dentro de la estructura microbiana. Actualmente los procesos biotecnológicos más eficientes utilizan la biosorción y la bioprecipitación, pero otros procesos tales como la unión a macromoléculas específicas pueden tener un potencial en el futuro. Las tecnologías que usan estos procesos son comúnmente usadas para el control de la contaminación de diversas fuentes. (El término biosorción es usado para abarcar la utilización por la biomasa total viva o muerta vía mecanismos fisicoquímicos tales como la adsorción y el intercambio iónico).

En la reutilización de aguas residuales se ha contemplado el uso de estas para riego agrícola, donde se reduce la cantidad de agua que debe ser extraída de los recursos hídricos. Es una solución potencial para reducir la demanda de agua dulce para evitar la descarga de agua con carga contaminante cero en las fuentes de recepción. Teniendo en cuenta que la eliminación indiscriminada de agua, es una de las causas de la contaminación de los suministros de aire, suelo y aguas subterráneas, el costo del tratamiento de aguas residuales para su reciclaje es demasiado alto para ser una alternativa de primera mano. En las prácticas de agricultura, la calidad del agua de riego que se cree que tienen un efecto sobre las

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características del suelo, la producción de cultivos y manejo de agua. En particular, la aplicación de los resultados de agua salada en la reducción del rendimiento de los cultivos y el deterioro de las propiedades físicas y químicas del suelo. Por lo tanto, tiene más campo de acción en la implementación como irrigante, al contener componentes capaces de crear efectos adversos en el medio del suelo y la producción agrícola. Después de procesos de experimentación y prueba de riego en un tipo de suelo determinado se ha podido determinar la influencia positiva, reflejada en la producción de los cultivos, mostrando una ventaja comparativa con respecto al uso de agua tratada.

Otro desarrollo biotecnológico es la aplicación importante del principio de membranas en los reactores MBR (Lewis C., et al, 2008) los cuales permiten una reducción significativa en el volumen del reactor biológico y sus costes adicionales son relativamente bajos, debido a la compactibilidad y a la facilidad de operación en el tratamiento, además que permite la reutilización de aguas residuales en un espacio-entorno limitado, proporcionando un control eficaz de la actividad biológica y de alta calidad de los efluentes permitiendo al mismo tiempo altas tasas de carga orgánica.

4.3 LODOS DE DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES

El sistema colector de aguas residuales municipales recoge habitualmente efluentes de origen doméstico e industrial y aguas pluviales. El tratamiento depurador a que se someten

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los efluentes antes de incorporarlos al ambiente permite separar la fracción sólida, los lodos, del agua residual.

Durante el tratamiento primario del agua residual, se separa la materia capaz de sedimentarse por gravedad, posteriormente a la eliminación de la arena por cribado. A continuación mediante tratamiento biológico, que puede efectuarse empleando sistemas muy diversos, se obtiene el lodo secundario. Ambos lodos acostumbran a mezclarse.

El lodo tratado, que posee elevada humedad, puede aplicarse directamente al suelo, pero generalmente se somete a un tratamiento ulterior para reducir su volumen y al mismo tiempo evitar posibles problemas relacionados con el olor y la carga de organismos patógenos que conlleva. El tratamiento del lodo puede realizarse de formas muy diversas–almacenamiento prolongado, desinfección, adición de agente floculantes y deshidratación, compostaje, digestión anaerobia, biometanización, tratamiento térmico, etc. Incluso combinando algunos sistemas (Smith, 1996), en cualquier caso del tratamiento modifica su composición y características. Por lo tanto, para un mismo efluente según los tratamientos que se apliquen se obtendrá una calidad del lodo distinta.

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CAPITULO 5

PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS

El aprovechamiento de los residuos sólidos urbanos no se debe seguir viendo como un proceso aislado, pues debe ser integrado con las empresas que prestan el servicio público de aseo, así se genera más cultura y convicción del usuario con

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relación al ambiente. De igual medida se debe materializar el mecanismo para incentivar actividades como las propuestas no solo a los operadores sino también a los transformadores externos que realizan ésta actividad para la inserción de nuevos productos limpios en cadenas productivas. Es también de suma importancia empezar a estimular la compensación por parte de los operadores, a los entes o personas que contribuyan con el mejoramiento del ambiente, aprovechando los residuos, debido a que se minimiza la disposición en el relleno sanitario y se aumenta la vida útil del mismo. Esto incentivos económicos, tributarios o compensaciones no se han realizado en la actualidad, caso que se atribuye a la debilidad institucional, falta de integración entre los actores involucrados e incipiente legislación en materia de incentivos en cabeza del ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo territorial. En consecuencia, la falta de un organismo rector líder afectar la disponibilidad de recursos, los procesos de información y la cobertura de servicios haciéndose visible la deficiencia administrativa por parte del estado como ente normativo y fiscalizador.

Es claro que en nuestro país existen más de 33 plantas donde se aprovechan residuos sólidos orgánicos urbanos y que el 90% no cumplen con la normatividad requerida para operar, debido a la falta de planificación y a la inexistencia a largo plazo de planes operativos, financieros y ambientales tanto nivel nacional como departamental.

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5.1 APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS

De acuerdo a la Política para la Gestión de Residuos, el aprovechamiento se entiende como el conjunto de fases sucesivas de un proceso, cuando la materia inicial es un residuo, entendiéndose que el procesamiento tiene el objetivo económico de valorizar el residuo u obtener un producto o subproducto utilizable.

Aprovechables son aquellos que pueden ser reutilizados o transformados en otro producto, reincorporándose al ciclo económico y con valor comercial.

La maximización del aprovechamiento de los residuos generados y en consecuencia la minimización de las basuras, contribuye a conservar y reducir la demanda de recursos naturales, disminuir el consumo de energía, preservar los sitios de disposición final y reducir sus costos, así como a reducir la contaminación ambiental al disminuir la cantidad de residuos que van a los sitios de disposición final o que simplemente son dispuestos en cualquier sitio contaminando el ambiente.

El aprovechamiento debe realizarse siempre y cuando sea económicamente viable, técnicamente factible y ambientalmente conveniente.

De modo tal, que las normas y acciones orientadas hacia los residuos aprovechables deben tener en cuenta lo siguiente:

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• Se trata de materia prima con valor comercial, en consecuencia sujeta a las leyes del mercado y consideradas como insumo.

• Su destino es el aprovechamiento ya sea de manera directa o como resultado de procesos de tratamiento, reutilización, reciclaje, producción de bioabono, generación de biogás, compostaje, incineración con producción de energía, entre otros.

• La definición de residuo aprovechable se deberá hacer por las autoridades ambientales y municipales en sus respectivos Planes de Gestión de Residuos Sólidos, que deberán formular.

• La calificación de residuo aprovechable debe darse teniendo en cuenta que exista un mercado para el residuo, en el cual están comprometidos los generadores de las materias primas y de los productos finales.

• Deben ser objeto del establecimiento de incentivos de toda índole, en especial económicos y tributarios. Teniendo en cuenta que el análisis del impacto de un producto o proceso debe ser integral, los incentivos que se otorguen deben considerar el proceso productivo en su integridad, de modo que no se distorsionen los objetivos de la gestión ambiental que consisten no sólo el disminuir un impacto ambiental específico -postconsumo-, sino todo los que se genera durante el proceso productivo.

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• La población que actualmente está realizando las actividades de recuperación debe tener reconocimiento y espacio para su trabajo.

Muchos estudios sobre el reciclaje de residuos sólidos se han llevado a cabo, es considerado un proceso que debe calificarse como económicamente eficiente, por sus bondades en los procesos de alimentación, de producción y de reutilización de los recursos. La energía se recupera de los residuos sólidos municipales fue preferida por su valor económico. La clasificación de los residuos para el tratamiento de ellos utilizando la mejor tecnología, que favorece la reducción del costo total. En diferentes estudios se ha realizado la clasificación de los residuos, con distintos tipos de procedimientos con empleo de diferentes tecnologías. Usando cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos para la construcción de carreteras se realizó la comparación con el tratamiento de relleno sanitario, el compostaje de residuos sólidos urbanos para la producción de la planta era considerado como opción de gestión de residuos sólidos.

5.1.2 Técnicas para la degradación y el aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos.

La degradación de la materia orgánica puede ser natural o dirigida, la natural se caracteriza porque la degradación tiene

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una dinámica continua y está sujeta a condiciones ambientales mientras que la dirigida se realiza bajo condiciones controladas y se puede acelerar el proceso de descomposición. Por lo general los desechos tardan aproximadamente 4 semanas en degradarse naturalmente en la medida que no estén mezclados con desechos inorgánicos.

Esta degradación se logra mediante métodos fisicoquímicos o microbiológicos dependiendo de la composición de la basura, es decir que la naturaleza de la misma influye en la selección del método a seguir para su tratamiento; existen diversos tratamientos como lo son los físicos que se llevan a cabo a altas temperaturas, los químicos por hidrólisis acida o alcalina, y los biológicos ya sea por fermentaciones, enriquecimiento proteico, o por hidrólisis enzimática.

La biodegradación es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y metabolización de un compuesto orgánico llevado a cabo por bacterias, hongos, protozoos y otros microorganismos, en un proceso natural. La biodegradación permite la restitución de elementos esenciales en la formación y crecimiento de los carbohidratos, lípidos y proteínas, sin embargo muchos compuestos biológicos como la lignina y la celulosa son difícilmente degradados por los microorganismos por sus características químicas.

La descomposición se puede llevar a cabo por medios aerobios o anaerobios, en el medio aerobio el proceso es completo y se libera energía, CO2, y agua; y en el medio anaerobio la oxidación es incompleta y se libera menor energía.

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Una economía en particular está relacionada con el medio ambiente natural y otras economías a través de los flujos materiales. Además, los sectores económicos dentro de la economía están conectados entre sí a través de las corrientes de residuos. Estas interacciones se denominan metabolismo material. El reciclaje de residuos sólidos dentro de determinado sector o entre algunos sectores puede influir en el metabolismo del material de la economía en su conjunto. Los estudios actuales sobre el reciclaje de los residuos sólidos se centran principalmente en el valor económico de reciclaje de residuos sólidos y la evaluación de métodos de reciclaje de residuos sólidos. Algunos métodos de reciclado de residuos sólidos puede tener efectos positivos en la reducción de los desechos sólidos, pero los efectos negativos sobre el metabolismo del material de economía en su conjunto.

El reciclaje de los residuos de alimentos incrementará la demanda de los desechos de alimentos producidos por los servicios. La reutilización de los desechos de alimentos para producir alimentos, biodiesel y biogás puede reducir la demanda de biomasa, productos derivados del petróleo y el gas natural, así como los insumos materiales relacionados con sus cadenas de producción. De este modo, el reciclaje de los residuos de alimentos reduce la demanda de productos agrícolas; los procesos de reciclaje de los desperdicios de comida requieren más energía eléctrica, gas natural y agua, lo que incrementará la demanda de productos relacionados con las cadenas de producción.

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5.2 COMPOSTAJE

Con el rápido desarrollo de la economía y la población, una gran cantidad de residuos sólidos ha sido generada por las actividades domésticas, industriales y agrícolas en las últimas décadas. Los desperdicios de alimentos, que pueden ser de varias fuentes, tales como restaurantes, mercados, residencias y muchas otras instalaciones de procesamiento de alimentos. En algunas zonas de China y Corea, se puede dar cuenta de aproximadamente más de una cuarta parte de la generación total de residuos sólidos. Los desperdicios de alimentos se han demostrado en constituir una amenaza para la salud humana debido al potencial de liberación de olores molestos y lixiviados. El compostaje se ha desarrollado como uno de los más prometedores métodos de eliminación de desechos sólidos para las estrategias de tratamiento seguro. Durante el proceso de compostaje, los microorganismos que descomponen el sustrato a través de tratamientos de compuestos más simples a más complejos en condiciones aeróbicos. El compostaje puede reducir significativamente el volumen de residuos dentro de los diferentes sistemas de compostaje, tales como el no reactor, un reactor cerrado y en sistemas de vasos. El producto producido con humus de tipo de propiedad puede ser utilizado para estimular la actividad microbiana y el crecimiento de plantas en diversas aplicaciones en el campo.

La materia prima se descompone por vía aerobia o anaerobia, se le llama compostaje a la descomposición y estabilización de

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la materia orgánica por vía aeróbica. El composteo es la descomposición y estabilización biológica de la materia orgánica bajo condiciones aerobias controladas, que da como resultado un producto final (composta) que es estable, libre de patógenos y elementos fitotóxicos para las plantas y que puede ser aplicado benéficamente al suelo (Widman Aguayo et al, 2005).

La investigación sobre algunas tecnologías de tratamiento disponibles para el procesamiento de basura, tales como la digestión anaerobia y compostaje de alta eficiencia aeróbica podrían examinarse como alternativas potenciales a los métodos tradicionales de compostaje con el fin de controlar el medio ambiente los olores de manera eficiente y aumentar la energía de biomasa de los recursos (Wen-Tien, 2008). Por lo tanto, la aplicación de compost aporta materia orgánica, nutrientes y organismos vivos (Marinari, 2000). El principal problema del compost es que si no se llega a una temperatura alta para la eliminación de patógenos, estos pueden contribuir a la proliferación de plagas.

En cuanto al uso de abonos orgánicos a nivel mundial, cerca de 15,8 millones de hectáreas son manejadas de manera orgánica y es factible pensar que todas realizan aplicaciones de abonos orgánicos como la composta (Nieto-Garibay et al, 2002).

Como establece Arroyave, el compostaje es un proceso natural y bioxidativo, en el que intervienen numerosos y variados microorganismos aerobios que requieren una humedad

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adecuada y sustratos orgánicos heterogéneos en estado sólido, implica el paso por una etapa termófila dando al final como producto de los procesos de degradación de dióxido de carbono, agua y minerales, como también una materia orgánica estable, libre de patógenos y disponible para ser utilizada en la agricultura como abono acondicionador de suelos sin que cause fenómenos adversos.

Fases del proceso del compostaje Jaramillo, enuncia cuatro (4) fases durante el proceso del compostaje, las cuales se describen a continuación:

• Mesófila: es la primera fase y se caracteriza por la presencia de bacterias y hongos, siendo las primeras quienes inician al proceso por su gran tamaño; ellas se multiplican y consumen los carbohidratos más fácilmente degradables, produciendo un aumento en la temperatura desde la del ambiente a más o menos 40 grados centígrados.

• Termófila: en ésta fase la temperatura sube de 40 a 60grados centígrados, desaparecen los organismos mesofilos, mueren las malas hierbas, e inician la degradación los organismos termófilos. En los seis (6) primeros días la temperatura debe llegar y mantenerse a más de 40 grados centígrados a efecto de reducción o supresión de patógenos al hombre y a las plantas de cultivo. A temperaturas muy altas, muchos microorganismos importantes para el proceso mueren y otros no crecen por estar esporulados. En ésta etapa se degradan ceras, proteínas y hemicelulosas y, escasamente la lignina y la

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celulosa; también se desarrollan en éstas condiciones numerosas bacterias formadoras de esporas y actinomicetos.

• Enfriamiento: la temperatura disminuye desde la más alta alcanzada durante el proceso hasta llegar a la del ambiente, se va consumiendo el material fácilmente degradable, desaparecen los hongos termófilos y el proceso continúa gracias a los organismos esporulados y actinomicetos. Cuando se inicia la etapa de enfriamiento, los hongos termófilos que resistieron en las zonas menos calientes del proceso realizan la degradación de la celulosa.

• Maduración: la maduración puede considerarse como complemento final de las fases que ocurren durante el proceso de fermentación disminuyendo la actividad metabólica. El producto permanece más o menos 20 días en ésta fase.

Las investigaciones sobre algunas tecnologías para el tratamiento de basuras, como la digestión anaerobia y el compostaje de alta eficiencia aerobia, podrían considerarse como alternativas viables a los métodos tradicionales por el cual se realiza el compostaje con el fin de controlar factores como los olores y aprovechar la energía contenida en la biomasa de los recursos.

Condiciones del proceso de compostaje

En el proceso de compostaje, son los microorganismos los responsables de la transformación del sustrato, por lo tanto,

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todos aquellos factores que puedan inhibir su crecimiento y desarrollo, afectarán también sobre el proceso. Los factores más importantes que intervienen éste proceso biológico son: temperatura, humedad, pH, oxigeno, relación C/N y población microbiana, algunos de estos factores pueden ser controlados dirigidos y optimizados.

El oxígeno en el compostaje es una de las condiciones más importantes ya que los microorganismos deben disponer de oxigeno suficiente para que se dé el proceso aerobio, esto se logra mediante la aireación, si se garantiza la aireación suficiente se puede obtener un compost rápido, de buena calidad evitando la generación de malos olores.

Las fases mesófila y termófila del proceso, mencionadas anteriormente, tienen un intervalo óptimo de temperatura. Se ha observado que las velocidades de crecimiento se duplican aproximadamente con cada subida de 10 grados centígrados de temperatura, hasta llegar a la temperatura óptima. A partir de los 60°C se empiezan a eliminar microorganismos patógenos y hacia los 70 °C grados centígrados se inhibe la actividad microbiana por lo que es importante la aireación del compost para disminuir la temperatura y evitar la muerte de los microorganismos. Durante estos cambios de temperatura las poblaciones bacterianas se van sucediendo unas a otras. Este ciclo se mantiene hasta el agotamiento de nutrientes, disminuyendo los microorganismos y la temperatura.

Otra condición es la humedad en la cual es de suma importancia evitar la humedad alta, ya que el aire de los

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espacios entre partículas se desplaza y el proceso pasaría a ser anaerobio, en cambio si es muy baja los microorganismos no tendrán actividad y el proceso se retardaría, es por esto que se habla de un porcentaje óptimo de humedad entre 40%-60%.

Para el pH se admiten valores entre 3.0-7.0, pero se establecen niveles óptimos entre 5.5 y 7.0, El valor del pH cae un poco durante la etapa de enfriamiento llegando a un valor de 6 a 7 para el compost maduro. La NTC 5167 de 2004 dice que si el producto se disuelve en agua, su disolución no debe desarrollar pH mayor de 7.

La relación C/N para el inicio del proceso debe ser de 20-35, ya que si es mayor la actividad biológica disminuirá porque la materia orgánica es poco biodegradable por la falta de carbono.

Para el proceso de compostaje el tamaño de partícula no debe ser ni muy fino ni muy grueso, ya que si es muy fino no habrá entrada de aire al interior de la masa y la fermentación aerobia no se realizara de modo completo, y si las partículas son muy grandes la fermentación solo se realizara en la parte de la superficie triturada para ello el tamaño es recomendable de 1 a 5 cm. Aunque el triturado del material facilita el ataque microbiano no se puede limitar la porosidad del material.

Datos experimentales indican que para conseguir un compost con características apropiadas para la absorción de sus nutrientes en el suelo, los residuos que van a ser procesados deben tener una relación de carbono/nitrógeno del 30 al 35% y

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una humedad entre el 60% y 65%, con el fin de proporcionar suficiencia en cuanto a su aplicación. Si la relación de C/N es alta los microorganismos tardaran en consumir el exceso de carbono lo cual alargaría el proceso, en cambio si es baja habría un exceso de nitrógeno el cual se transforma en amoniaco produciendo malos olores, por eso es aconsejable que el porcentaje se encuentre entre 30 y 35%. En la tabla 5.1 se muestran las ilustraciones de los tipos de compost según del tiempo al cual fueron sometidos, los residuos con sus respectivas ilustraciones, la cantidad de agua inicial, relación C/N, y la recomendación al tipo de suelos a los que se pueden

aplicar (Marinari, 2000).

Tabla 5.1 Tipos de Compost.

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Técnicas de compostaje

Actualmente, los métodos más utilizados son agitado y estático: En el método agitado, el material que se va a fermentar se mueve periódicamente, esto con el fin de permitir la entrada de oxígeno, controlar la temperatura y mezclar el material para que el producto sea homogéneo; mientras que el método estático, el material que se va a fermentar permanece quieto y a través del él, se inyecta aire.

• Compostaje en hilera: Antes de formar las hileras se pre trata el material orgánico mediante trituración y cribación hasta obtener un tamaño de partícula aproximadamente de 2,5 a 7,5 cm y un contenido de humedad entre 50 a 60%, y se dispone en hileras. El ancho y alto de las hileras depende del tipo de equipamiento que se va a utilizar para voltear los residuos fermentados. Un sistema rápido de compostaje en hileras emplea normalmente de 2 a 2,30 m de altura y 4.5 a 5 m de ancho por cada hilera, el material se voltea hasta dos veces por semana mientras la temperatura se mantiene aproximadamente a 55 grados centígrados; la fermentación completa puede obtenerse en tres o cuatro semanas, después del periodo de volteo, se deja el compost para curarse durante tres o cuatro semanas más sin volteo. En un sistema de mínimo rendimiento se utiliza una pala para voltear la hilera una vez al año, esto podría funcionar pero tardaría de 3 a 5 años en descompletarse la descomposición y emitiría olores

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desagradables, ya que algunas partes de la hilera serían anaerobias.

• Pila estática aireada: Este sistema fue, originalmente desarrollado para el compostaje aerobio de fangos de aguas residuales, pero se puede utilizar para fermentar una amplia variedad de residuos orgánicos, incluyendo residuos de jardín o aquellos sólidos urbanos previamente separados. La pila estática aireada consiste en una red de tuberías previamente perforadas para que entre el aire, sobre ellas se coloca la fracción orgánica procesada de los residuos, formando pilas de aproximadamente 2 a 2,5 m de altura. Para controlar los olores, se puede poner una capa de compost cribado encima de la pila recién formada. El aire necesario tanto para la conversión biológica como para controlar la temperatura, se introduce a la pila mediante un inyector de aire. Después que el material ha sido fermentado durante un periodo de tres o cuatro semanas, se realiza el proceso de curado durante cuatro semanas más. Para mejorar la calidad del producto final, se realiza una trituración o cribación del compost curado.

• Sistemas de compostaje en reactor: para éste sistema se ha utilizado como reactor todo tipo de recipientes, incluyendo torres verticales, depósitos horizontales, rectangulares y circulares. Estos se pueden dividir en dos categorías importantes de reactores: flujo pistón y dinámico (lecho agitado). El tiempo de retención para los sistemas en reactor varía de 1 a 2 semanas, y emplean un periodo de curado de 4 a 12 semanas después del período de fermentación activa.

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Durante los últimos años se ha incrementado la popularidad de los sistemas de compostaje en reactor, debido a que se diseñan muy buenos sistemas mecanizados con control del flujo de aire, de temperatura y concentración de oxígeno para minimizar olores, espacio, costos de mano de obra, tiempo de elaboración y para aumentar el rendimiento del proceso.

Los sistemas de tratamiento para el compost pueden ser abiertos o cerrados, los sistemas abiertos son los apilamientos y los sistemas cerrados se usan para cantidades significativas de residuos, los cuales se diseñan para reducir el área y el tiempo de compostaje haciendo un control en las variables del proceso. Claro está que la mayoría de estos procesos requieren de un compostaje secundario, pero podría hablarse de un pre compostaje o un pre tratamiento para facilitar la separación de los contaminantes de los residuos sólidos urbanos.

Entre los sistemas cerrados se tienen:

Compostaje en Tambor: Se realiza en un tambor de rotación lenta, el cual puede trabajar en continuo o por cargas, por lo general están construidos en acero y en la mayoría de estos sistemas se incorpora un sistema de aislamiento térmico, también cuenta con un medio de ventilación que le permite controlar las emisiones de olor las cuales son mayores al principio de la descomposición estos gases van a un biofiltro para su posterior eliminación. Los lixiviados permanecen dentro del tambor por la rotación intermitente del sistema.

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Compostaje en túnel: Se lleva a cabo en un túnel cerrado que por lo general está hecho en hormigón y posee ventilación controlada por impulsión o aspiración para contribuir con el aporte de oxígeno. En este tipo de compostaje el residuo se encuentra estático y el proceso es completo.

Compostaje en contenedor: Es un proceso parecido al compostaje en túnel pero la diferencia está en que se realiza en contenedores de acero más pequeños que los túneles de hormigón. La carga para el sistema es realizada por la parte superior y la descarga se realiza por la parte inferior del contenedor.

Compostaje en nave: La nave es cerrada y la ventilación se hace por medio de una placa situada en la base por medio de placas rotativas las cuales son las volteadoras, las cuales se mueven por medio de grúas elevadoras que permiten el compostaje total de los residuos en toda la nave.

Todos estos tipos de compostaje en sistemas cerrados pueden dividirse en estáticos o en dinámicos, en los estáticos el residuo es ventilado y sin rotación como en el sistema de compostaje en túnel o en contenedor, mientras que en los dinámicos el residuo es volteado y ventilado como en el compostaje en nave y el de tambor.

Una investigación realizada en Yucatán para el año 2005 muestra como resultados que en la mezcla de suelo-composta se presenta un mejor efecto que la mezcla de suelo-fertilizante para el cultivo de frijol y tomate en los suelos de la región.

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Estudios de posibles beneficios de combinar los residuos orgánicos con fertilizantes minerales en el funcionamiento de los agro-ecosistemas se han realizado (Gentile et al, 2008). Sin embargo, estos efectos beneficiosos son determinados por la calidad del residuo, además los efectos beneficiosos de la combinación de fertilizantes y las entradas de residuos para minimizar los impactos ambientales de N2O emisiones varían con la textura del suelo (Gentile et al, 2008).

Un esquema general de una planta de compostaje utilizando los residuos sólidos urbanos, se presenta en la figura 5.1 Aquí, los residuos del tanque de recepción se enviarán directamente a un bio-estabilizador, el propósito de este ejercicio es lograr una homogeneización de residuos y eliminación de sustancias contaminantes cuando se someten a una corriente de aire fuerte; en el siguiente paso, la parte de combustibles se alimenta directamente a la unidad de hornos, mientras que la fracción restante se somete a la clasificación adicional, eliminando así una importante cantidad de contaminantes que siguen presentes en el material de alimentación; el material, a través de una transformación acelerada y control de olores cerrado, pasa a la fase de maduración y por último, con el objetivo de tener compost libre de vidrio, plástico, etc. el producto final es totalmente refinado. (SHARMA et al, 1997).

Datos experimentales indican que para conseguir un compost con características apropiadas para la absorción de sus nutrientes en el suelo, los residuos que van a ser procesados deben tener una relación de carbono/nitrógeno del 30 al 35% y una humedad entre el 60% y 65%, con el fin de proporcionar

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suficiencia en cuanto a su aplicación. Si la relación de C/N es alta los microorganismos tardan en consumir el exceso de carbono lo cual alargaría el proceso, en cambio si es baja habría un exceso de nitrógeno el cual se transforma en amoniaco produciendo malos olores, por eso es aconsejable que el porcentaje se encuentre entre 30 y 35%.

Figura 5.1 Diagrama de una planta de compostaje.Fuente: (SHARMA et al, 1997)

5.3 MACRONUTRIENTES, MICRONUTRIENTES Y METALES PRESENTES EN EL COMPOST DE RESIDUOS MUNICIPALES

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El rango de concentraciones de los diferentes macronutrientes y metales como Nitrógeno, Fosforo, Potasio, Calcio, Azufre, Magnesio, Sodio, Hierro y Aluminio, a estar presentes en el compost de RSU que se han reportado según análisis de

estudios hechos en Canadá, se muestran en la figuras 5.2 y 5.3

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Figura 5.2 Concentración total de macro nutrientes y metales presentes en el compost a partir MSW. Fuente: (Hargreaves, 2008)

Fuente (Hargreaves, 2008).

Figura 5.3 Concentración total de micro nutrientes y concentración de metales encontrados en el compost a partir de MSW.

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Las diferentes concentraciones de macronutrientes y metales son obtenidas según la cantidad de compost que se utilice. Se realizó una recopilación sobre esta aplicación y según los requerimientos del suelo se aplicaba la cantidad necesaria de compost. Las figuras 5.2 y 5.3 muestran el rango de los macronutrientes, micronutrientes y metales que se encuentran en el compost de RSU según la literatura (Hargreaves, 2008).

Algunos estudios muestran que en el compost proveniente de residuos sólidos municipales tiene un mayor aporte de nitrógeno al suelo que el suministro de nitrógeno otorgado por fertilizantes minerales inorgánicos. Algunas investigaciones muestran que la alta concentración de nitrógeno inorgánico se puede obtener con tasas de 40 a 50 mg Ha-1 en compost de residuos sólidos urbanos. Máximas conversiones de N en el compost de RSU se presentan a una temperatura de 55 °C, el contenido de humedad de 60%, y una tasa de flujo de aire de 10 kg de L -1 h-1 (Abu Qdais y Hamoda, 2004).

En cuanto al fósforo un 10-50% de P total en el compost de RSU se disponía, después del primer y segundo año de la aplicación. La aplicación de compost de residuos sólidos urbanos en fresas, tomates (Lycopersicon esculentum, L.), espinacas, raigrás, patatas y las acelgas (Beta vulgaris, L.), proporcionaron el P necesario. Algunas investigaciones sugieren que el exceso de P se aplica al suelo cuando el compost de RSU se requiere para favorecer los requerimientos de N (Bar-Tal et al, 2004).

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Se concluye que los compost de RSU tienen una alta capacidad de suministro de P para las plantas, dado que el compost está maduro y a que la concentración de P en los compost de RSU tiende a aumentar con el tiempo de compostaje. Del total de compost de RSU de K, se encontró un 36-48% de disponibilidad en las plantas. En un estudio, el aumento de contenido de K aumentó en los suelos tratados con compost de RSM en su mayoría estos suelos eran de cosecha para alimentos como arándanos, acelgas, cebada, alfalfa y dacticilo. (Zheljazkov y Warman, 2004).

Muchos estudios sugieren que el compost de RSU es sólo eficaz en el suministro de N en el sistema suelo-planta en altas tasas de aplicación (> 200 mg Ha-1) (Zhang et al, 2006). Sin embargo, en estas altas tasas de aplicación, los metales en el compost de RSU pueden convertirse en un problema. Los rangos de los macronutrientes, micronutrientes, metales pesados, y oligoelementos que se encuentran en el compost de RSU se muestran en las figuras 9 y 10.

Un estudio de una selección de compost de RSU en los EE.UU. encontró que el Calcio fue uno de los principales elementos en el producto, ya que está presente en concentraciones superiores a 10 g/kg-1 (He et al., 1995).

En cuanto al magnesio un estudio de las instalaciones de RSU en los EE.UU., encontró que el contenido medio de Mg de compost de RSU fue menor que 5 g de 1 kg, que van desde 1,8 hasta 4,4 g / kg (He et al., 1995). Las concentraciones de Mn y Cu en el suelo tienden a aumentar con la adición de compost

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de RSU, la mayor parte de Mn en el suelo se encuentra en afinidad con manganeso-hierro que se encuentra en gran disponibilidad para las plantas (Zheljazkov y Warman, 2004). Otros autores encuentran que las bajas tasas de compost de RSU disponible en el suelo no afectan a las concentraciones de Cu. Se dice que sólo un pequeño porcentaje de Cu en los compost de RSU es lixiviable (Zheljazkov y Warman, 2004).

Cuando el compost de RSU es aplicado al suelo, el mayor incremento se ve en las concentraciones de Pb y también se produce una fracción de hierro-manganeso (Zheljazkov y Warman, 2004). Sólo un pequeño porcentaje de Pb en compost de RSU se piensa que es lixiviable (Tisdell y Breslin, 1995).

En todos los casos, las cantidades de Ni, Pb, Cr y Cd fueron inferiores a los niveles de fitotoxicidad. La mayoría de los cultivos donde se cosecha cada año no se plantea un riesgo de acumulación de niveles tóxicos de metales en las plantas, los cuales se acumulan en sus tejidos, como es el caso de los metales pesados Pb, Ni, Cr, Cd, Zn, Mn, V. (Hargreaves, 2008).

Obtención de alimento para animales a partir de residuos sólidos La creciente expansión de la actividad agro-industrial de los últimos 40 años ha llevado a la acumulación de una gran cantidad de residuos lignocelulósicos en todo el mundo. Estos residuos lignocelulósicos se pueden clasificar en dos grandes grupos: aquellos en los que la lignocelulosa es la fuente de carbono más importante y aquellos en los que, además de la lignocelulosa, hay concentraciones significativas

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de hidratos de carbono simples, como los monosacáridos y disacáridos. La conversión microbiana de estos residuos parece ser una alternativa práctica y prometedora para aumentar su valor nutricional, su transformación en alimentos para animales y lo que origina un producto con valor agregado. El tipo de animales a las que el alimento se va a destinar debe ser definido antes de decidir el proceso de bioconversión, puesto que los procedimientos para la obtención de piensos de alta calidad para los rumiantes y los animales no rumiantes son diferentes (Villas-Boas S., et al 2002).

Cinco tipos de residuos sólidos urbanos biodegradables (BMSW) fueron evaluados como posibles alimentos para animales, los cuales fueron desechos de carne (MW), desechos de pescado (FW), frutas y los residuos vegetales (FVW), desechos de restaurantes (RW),y residuos de hogares (HW). Los resultados de esta investigación revelan que la mayoría de las fracciones de los residuos estudiados tuvieron un alto valor nutricional como indicado por su perfil global, presentando HW y RW una composición más equilibrada, mientras que en las otras fracciones (MW, FW y FVW) hubo un nutriente dominante. Por esta razón, FW y MW se puede considerar una buena fuente de proteínas y FVW de hidratos de carbono; sin embargo, para utilizar estas fracciones de residuos como alimentos para animales, es necesario tener en cuenta el factor microbiológico, el contenido, la composición de las sustancias indeseables y la legislación en curso (García et al, 2005).

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Se desarrolló un estudio de sistemas de secado para la utilización de residuos sólidos municipales biodegradables en la alimentación animal, el experimento se realizó para grandes cantidades de residuos en un secador continuo giratorio y para pequeñas cantidades se utilizó un horno de convección natural. Con estos secadores, se verificó que el secador continuo rotatorio fue el tipo más eficiente de los equipos estudiados, ya que permitió una pérdida seca para obtener una mejor nutrición y cualidades microbiológicas de acuerdo a las especificaciones de los productos para la alimentación animal (Pinacho et al, 2006). El secado en el sistema de rotación continua es un método simple, rápido y económico para obtener un producto seco con nutrición y funciones microbiológicas adecuadas para la alimentación de los animales de acuerdo a la legislación en vigor. Las condiciones óptimas de operación para el secado rotatorio del sistema utilizado son: temperatura del aire de admisión 1000 °C, velocidad de rotación del tambor de 20 rpm, temperatura en el interior la muestra de 70 °C, y el secado 0.001h t kg- de residuos, (Pinacho et al, 2006).

Los hongos, bacterias y algas, cultivadas a gran escala, se pueden utilizar como alimento animal (Villas-Boas et al, 2002), estos por tener gran cantidad de nutrientes bajo condiciones específicas pueden reproducirse en el cultivo dando como resultado más células con mayor cantidad de proteínas que contienen los aminoácidos esenciales, vitaminas y minerales.

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Una alternativa para el uso de la fracción biodegradable de residuos municipales es la producción de alimentos para animales. La valorización de estos residuos presenta dos principales problemas, asociados con la contaminación química y microbiológica de los residuos, y el otro relacionado con su tiempo de vida limitado como consecuencia de su alto contenido de humedad y su alta biodegradabilidad. (Pinacho et al, 2006)

La degradabilidad de residuos agrícolas, y residuos sólidos municipales, se analizó empleando digestión anaeróbica, para ello se trataron residuos como: el estiércol de vacas lecheras (CM), la fracción orgánica de los residuos sólidos municipales (OFMSW), desperdicios de algodón (CGW), en un sistema de dos fases de digestión anaerobia a escala piloto (AD).

La digestión anaeróbica es un proceso complejo por el cual los materiales orgánicos son primero hidrolizados y fermentados por las acido-bacterias en ácidos grasos volátiles (AGV). El AGV luego es consumido por las bacterias metanogénicas y se convierte en gas metano. Sin embargo, no todos los residuos sólidos pueden ser fácilmente digeridos.

La fracción orgánica de los residuos sólidos municipales y desperdicios de algodón fueron digeridos como residuos individuales y combinados. La digestión de residuos de estiércol de vacas resultó en 62 m 3 de metano por tonelada de CM en peso seco. La digestión de residuos de OFMSW produjo 37 m3 de metano por tonelada de residuos secos. La Co-digestión de OFMSW y CM resultó en 172 m3 de metano

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por tonelada de residuos secos. La Co-digestión de CGW y CM 87 m3 de metano producido por tonelada de residuos secos. La comparación entre las digestiones de residuos simples en comparación con las Co-digestiones de residuos combinados, muestran que la Co-digestión (residuos combinados) resulta en rendimientos más altos de gas metano (que puede ser empleado para otros usos de valor comercial). Además, la co-digestión de OFMSW y CM producen efectos sinérgicos resultantes en una mayor conversión de masa y menor peso y volumen en los residuos sobrantes de la digestión. (Macias-Corral M., et al 2008).

La digestión anaeróbica es un proceso bien establecido para el tratamiento de muchos tipos de residuos orgánicos, sólidos y líquidos. Como tal, la digestión de los lodos de ganado y de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos se ha evaluado y ha tenido éxito. Los intentos de aplicar éste proceso a otros tipos de residuos sólidos orgánicos, como es el caso, del estiércol de pollos, han tenido un éxito limitado. En muchas zonas del Reino Unido, la agricultura intensiva de pollo está dando lugar a problemas de eliminación de sólidos. Se ha propuesto que la co-digestión con lodo de vacuno podría ser una posible vía de evacuación del estiércol de pollo. Las mezclas de lodo de ganado se mezclaron con una serie de residuos sólidos y permitió la digestión en 1-1 digestores discontinuos. Los criterios para juzgar el éxito de una co-digestión son: la reducción de sólidos volátiles (SV), y la producción de metano. En cuanto a las reducciones de SV (%), se presenta poca diferencia entre las diversas digestiones. En

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cuanto a la producción de metano acumulado, la co-digestión de frutas y residuos vegetales, el pescado y los despojos de los lodos de flotación por aire disuelto fueron más efectivos que la digestión con lodo vacuno solo. En términos del rendimiento específico del metano (m3 CH4 kg-1 de SV eliminado), la co-digestión con despojos de pescado, la cervecería y lodos dieron valores más altos que la digestión de control con solo lodo vacuno. En comparación con su control (solo lodo vacuno), ambas, co-digestión con estiércol de aves de corral (7,5 y 15% sólidos totales) proporcionó mayores producciones acumuladas de metano y el sistema con la menor concentración de estiércol de aves de corral dio un mayor rendimiento de metano específico. Sin embargo, hubo algunas pruebas de inhibición de amoníaco, (Callaghan F.J., et al 1999).

La aplicación de los materiales de desechos orgánicos, tales como el procesamiento de alimentos y residuos de aceites industriales usados (OFW), pueden reciclar el nitrato de nitrógeno del suelo (NO 3-N), el cual es propenso a la lixiviación después de la cosecha de los cultivos. El reciclaje de Nitrógeno (N) no sólo reducirá la cantidad de la aplicación de fertilizantes N a la producción de los cultivos, sino que también mitiga las emisiones de gases de invernadero (GHG) ahorrando energía que se utilizará para la producción de la misma cantidad de fertilizantes industriales N requeridos para el crecimiento de la cosecha de los cultivos.

La aplicación de OFW salvó 134 hectáreas/L diesel, que de otro modo se utilizarían para la producción de fertilizantes

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nitrogenados en forma de urea. El valor medio de sustitución de energía fósil (FESV) de N conservados/reciclados se calculó en 93 dólares de los EE.UU/ hectárea por año, que está a unos 13 millones de dólares EE.UU por año. La cantidad potencial de mitigación de gases de efecto invernadero mediante la aplicación de OFW a los suelos agrícolas en Canadá se estima en 57 Gg CO2 Eq año-1. (Rashid M.T., et al 2009) El efecto que tiene el procesamiento aerobio de alimentos y el secado al vacío de los residuos de asaderos y de panadería (FWM) fueron evaluados para observar el desempeño de estos subproductos para: el engorde de cerdos, calidad de la carne y el análisis del panel de degustación. Una dieta de maíz y soya (sistema de control) fue remplazada con la mezcla de los residuos de alimentos (FWM) en los niveles dietéticos de 25% (25% FWM) y 50% (50% FWM) en materia seca (MS). Las dietas fueron suministradas a un total de 45 cerdos (peso corporal medio 69,4 kg.) durante ocho semanas. Después del sacrificio, el músculo longissmus se utilizó a las 24 horas post muerte para el análisis de calidad de la carne. Los residuos de comida de restaurantes es rica en proteínas (22,0%) y grasas (23,9%). La dieta se complementó con maíz-soja y se incrementó el consumo de alimento de materia seca (MS), esto no alteró la ganancia diaria de peso, la eficiencia de la alimentación disminuyó, especialmente para el tratamiento del 50% de FWM, y reduce sustancialmente el costo del alimento, en comparación con la alimentación con una dieta de maíz y soya solamente. La alimentación hasta el 50% de FWM no afectó las características del cuerpo (peso, rendimiento corporal, espesor de grasa), la composición de ácidos grasos

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de la carne, la calidad de la carne: grado de marmoleo (grasa entreverada en las fibras musculares), el pH, la retención de agua, pérdida por goteo, la fuerza de corte de Warner-Bratzler, la pérdida de cocción; y por último la prueba del panel de degustación: sabor, ternura, jugosidad y aceptación general, en comparación con la alimentación con una dieta de maíz y soya. Sin embargo, el color de la carne estaba más pálido para el 50% de FWM de los animales alimentados que los animales alimentados con una dieta de maíz-soya. El color de la carne fue el único factor limitante de la dieta FWM a la hora de sacrificar el cerdo de cebo. En conclusión, el procesamiento aerobio y el secado al vacío de los residuos de asaderos y de panadería son similares a una dieta de maíz y soya en el valor de la alimentación de los cerdos de cebo (Kwak W.S., et al 2005).

Las fracciones biodegradables presentes en los residuos de alimentos (requieren una caracterización microbiológica) se pueden convertir en productos y sub- productos potenciales, y por lo tanto se minimiza la cantidad de residuos enviados a los vertederos. De todos los tipos de residuos analizados, sólo los obtenidos por la recogida selectiva de pescaderías y fruterías de los grandes supermercados y pequeñas tiendas fueron válidos para los objetivos de reutilizamiento y se sometieron a un tratamiento térmico para probar si este tratamiento es capaz de reducir su contenido microbiológico hasta el punto de convertirlos en materias primas aceptables para la alimentación animal. El análisis de las muestras representativas de los residuos se estudió durante un año,

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donde se observa que después del tratamiento térmico a una temperatura de al menos 65 ºC durante 20 minutos, los parámetros nutricionales y microbiológicos se mantienen adecuados para su posible uso como alimentación animal y su inocuidad garantizada, sin pérdida de características nutritivas.

En cuanto al estudio microbiológico de los alimentos que se han obtenido a partir de residuos para la producción del alimento, y el alimento en sí, y de acuerdo con los datos de la composición nutricional ésta se considera válida y sanitariamente adecuada para su utilización (Sancho P., et al 2004).

5.4 PREPARACIÓN DE FERTILIZANTES

Los microrganismos más utilizados para la generación de biofertilizantes son Azospirillum brasilense debido a que es una bacteria fijadora de nitrógeno que vive sobre las raíces de las plantas y es capaz de beneficiar diversos cultivos, otro microorganismo muy utilizado es Rhizobium etli, bacteria fijadora de nitrógeno del medio ambiente, específica para los cultivos de leguminosas, en particular el fríjol, que permite reducir el 100% el uso de fertilizantes químicos. Los biofertilizantes tienen grandes desventajas que pueden ser fuentes de patógenos si no están adecuadamente tratados.

La materia prima transformada en fertilizantes posee propiedades como promover el crecimiento de las plantas, suprimir la microflora fitopatógena y reducir los daños causados por plagas de insectos. Un prueba de ello, son tres

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biofertilizantes producidos a partir de lodos activados de una granja de cerdos, estiércol de aves bajo condiciones aeróbicas, y estiércol de aves bajo condiciones anaeróbicas, los cuales evaluaron, contenido de nutrientes, y las comunidades bacterianas de los productos finales, se demostró que las especies de Bacillus representan un 20-35% de la comunidad de los microorganismos heterótrofos en los fertilizantes (Arkhipchenko et al, 2005).

En los biofertilizantes y microorganismos aislados (Ecud, Staphylococcus sp. R-50) se suprimió el crecimiento de hongos fitopatógenos, Bipolaris sorokiniana 100%, Culmorum Fusarium 27%, Sclerotium Bataticola 61%, ver tabla 5.2

Especies de microorganismos

Supresión del crecimiento de hongos fitopatógenos (%) ( 7 días de cultivo)Fusarium culmorum no. 258

Bipolaris sorokiniana no. 131

Scletorium bataticola no.180

Ecud

Staphylococcus sp. R-50 bacilius pumilus R-49

OmugClavibacter michiganense

27 ± 1.758 ± 3.9

39 ± 2.771 ± 6.7

53 ± 4.7

100 ± 1.354 ± 4.7

66 ± 3.266 ± 2.7

40 ± 1.8

61 ± 3.659 ± 4.1

70 ± 5.670 ± 4.9

56 ± 3.7

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BarmilMicrococcus luteus R-32Bacillus luteus R-36

70 ± 5.952 ± 4.3

100 ± 1.967 ± 42

54± 4.247±2.9

Tabla 5.2 Actividad antagónica de las especies bacterianas aisladas de los biofertilizantes. Fuente: Arkhipchenko et al, 2005.

En experimentos de campo, la aplicación de los biofertilizantes aumentó significativamente el rendimiento de Galega orientalis Lam, la planta de prueba de los fertilizantes desarrollados, en un 68 a 100%. Todos los biofertilizantes no sólo ayudan al crecimiento y el desarrollo de las plantas, sino también reducen el daño en las plantas por las plagas de insectos. El mayor efecto se observó tras la aplicación del abono Bamil preparado a partir de los lodos activados de la granja de cerdos, el cual dio valores más altos de N total (5%) y triptófano. En general, los biofertilizantes producidos bajo condiciones aeróbicas fueron más eficientes a comparación con la fermentación anaerobia. Esto puede atribuirse a la disponibilidad de nutrientes, el alto contenido de triptófano y del microorganismo (Arkhipchenko et al, 2005). Una de las alternativas de solución es usar esta materia en bruto (materia orgánica) para el desarrollo de biofertilizantes, para ello es necesario el desarrollo y mejoramiento de la ya existente micro fermentación biológica de residuos y el tratamiento de residuos para convertirlos en biofertilizantes.

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En particular, la formación y el funcionamiento de las comunidades microbianas durante la fermentación de los residuos no han sido suficientemente estudiados y ningún método para la optimización y regulación de la actividad metabólica se ha desarrollado. La actividad fisiológica y la calidad de los fertilizantes se caracterizan principalmente por parámetros agroquímicos, basada principalmente en la composición por especies de las comunidades microbianas y la presencia de compuestos biológicamente activos en los abonos.

Es por ello que el abono o estiércol es una de las primeras rutas para abordar el aprovechamiento energético de recursos naturales en cuanto a la producción de biofertilizantes.

Los biofertilizantes producidos a partir de lodos activados de cerdos, estiércol de aves de corral en condiciones aeróbicas, y el estiércol de aves de corral en condiciones anaerobias, en donde los resultados muestran que éstos no sólo promueven el crecimiento y el desarrollo de las plantas, sino también reducen el daño en las plantas por las plagas de insectos. El análisis de ácidos grasos de célula entera revela que los microorganismos varían entre 10 3 y 105 unidades formadoras de colonia por gramo. Además de ello cerca del 25% al 35% de todas las cepas aisladas pertenecen al género Bascillus (Arkhipchenko et al, 2005).

Éste microorganismo puede colonizar la rizosfera de varias plantas, es capaz de promover el crecimiento de la planta, aumentar el rendimiento de los cultivos, producción de

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vitaminas B1, B2, B6, B12, entre otros. A continuación, en la tabla 5.3 se muestran las especies predominantes en los biofertilizantes producidos a partir de residuos de granjas (lodos activados de cerdos, estiércol de aves de corral), siendo Bamil biofertilizante producido a partir de lodos activados de cerdos de granja, Omug biofertilizante producido a partir de estiércol de aves de corral en condiciones aerobias (45% de humedad), y Ecud biofertilizante producido a partir de aves de corral en condiciones anaerobias (75% de humedad).

Fertilizantes y residuos iniciales

Concentración de TriptófanoLibre Enlazado Total

Estiércol

Lodos Activados

Sedimentos de residuos líquidos

Estiércol líquido

Omug*

Ecud*

Bamil

247.3 ± 30.4

ND

ND

11,3 ± 1,8

ND

212.8 ± 55.9

363.3±27.8

141.5±2

214,3 ± 15,7

24,1 ± 2,3

14,8 ± 1,5

460.1 ± 55.9

363.3±27.8

141.5±10.2

225,6 ± 17,5

24,1 ± 2,3

17,8 ± 2,0

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3,0 ± 0,5

240,0 ± 8,2

148,5 ± 7,5 388,9 ± 27,5

Tabla 5.3 Microflora predominante en los biofertilizantes producidos a partir de residuos de granjas. Fuente: Arkhipchenko et al, 2005.

Los resultados muestran que los biofertilizantes que se desarrollan en condiciones aeróbicas tienen un mayor contenido de carbono, nitrógeno, que los que se desarrollan en condiciones anaeróbicas. Estos biofertilizantes fueron comparados bajo los criterios de contenido de triptófano y el efecto que tuvieron sobre la planta Galega Orientalis Lam.

Una proporción considerable del aumento de crecimiento de las plantas se puede atribuir a los procesos del ácido indol-3-acético (AIA). Ésta concentración del AIA se asocia con la fertilidad del suelo. El principal precursor fisiológico de la AIA en el suelo es el triptófano libre. Entre las fuentes de triptófano libre se encuentran los microorganismos y los exudados de la raíz de la planta. Muchos suelos naturales actualmente poseen bajos niveles de triptófano. Esta baja concentración hace que sea necesario aumentar con triptófano en algunos casos los suelos naturales para mejorar la biosíntesis microbiana de las auxinas, (Arkhipchenko et al, 2005).

Los fertilizantes orgánicos son una posible fuente de triptófano en el suelo. Sin embargo, el efecto de los fertilizantes orgánicos sobre la biosíntesis de AIA en el suelo no ha sido

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suficientemente estudiado. El uso potencial de abonos orgánicos como una fuente exógena de triptófano en el suelo, se ha confirmado mediante la determinación de la concentración de triptófano libre y triptófano en las proteínas y péptidos, tanto en los residuos orgánicos y de los abonos producidos a partir de ellos, con el método de cromatografía liquida de alto rendimiento.

Los residuos que muestran mayor contenido de minerales y de triptófano son el estiércol, lodos activados, estiércol líquido, y sedimentos de aguas residuales, como lo muestra la tabla 5.4

Fertilizantes y residuos iniciales

Humedad Contenido de minerales (%)N P K

Estiércol 45 2,8 1,8 1,6Lodos activados

96 8,8 5,0 1,2

Sedimentos de residuos líquidos

94 6,2 3,4 1,2

Estiércol líquido

75 5,7 2,7 3,2

Omug * 15 3,6 1,6 1,0Ecud* 11 1,6 1,8 0,4Bamil* 10 5,0 1,8 0,8Tabla 5.4 Características de residuos orgánicos y fertilizantes

Fuente: Arkhipchenko et al, 2006.

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Según la tabla los biofertilizantes siguen manteniendo y reteniendo gran parte de los minerales después del proceso de acondicionamiento, siendo Bamil (biofertilizante producido a partir de lodos activados) el de mayor contenido de nitrógeno, fosforo y potasio, así como uno de los residuos con mayor contenido de triptófano total.

En el tratamiento de los residuos sólidos urbanos la vía seca es más apropiada, ya que simplifica el proceso y proporciona mayor rendimiento termoeléctrico.

5.5 MÉTODOS MICROBIANOS PARA LA DEGRADACIÓN DE LA BASURA

Los diferentes grupos de microorganismos que intervienen en la degradación microbiana necesitan de una temperatura específica para su desarrollo y a partir de cierta temperatura su actividad decrecerá. En la degradación de residuos sólidos urbanos (sustrato a degradar), estos deben tener los nutrientes necesarios para alimentar la masa celular, ser fuente energética para los microorganismos y ayudar a la formación de enzimas, para una transformación adecuada.

A diferencia de los métodos fisicoquímicos se espera que los métodos microbiológicos desempeñen un papel más importante en el futuro de la descomposición de la basura. En primer lugar, los métodos microbianos son versátiles, es decir, diferentes tipos de productos se pueden obtener en función del método utilizado y la naturaleza de la basura a ser procesada;

100

en segundo lugar, los métodos microbianos se pueden realizar con bajo consumo de energía en comparación con otros métodos; en tercer lugar, al contrario que en el caso de incineración y vertido, sólo cantidades insignificantes del medio ambiente son contaminadas.

La fermentación de residuos orgánicos para la obtención del metano se realiza con el fin de aprovechar la energía dentro de la basura a través de la biodegradación. Otro tipo de fermentación es la producción de hidrógeno, algunos estudios de este tipo de obtención muestran que la eficiencia de la producción a partir de desechos orgánicos pueden verse afectadas por una variedad de factores, entre ellos: temperatura, pH, la concentración de residuos sólidos, relación entre microorganismos, el contenido de hidratos de carbono y fuentes de nitrógeno en los residuos de sustrato, y la concentración de CO2, entre otros. En general se observa que la producción de hidrógeno disminuye y, finalmente, se detiene a través de adiciones repetidas de los residuos orgánicos de los cultivos de fermentación. (Haruta et al ,2005). Otro tipo de fermentación es la fermentación acido láctica la cual tiene como objetivo la obtención de dicho ácido y tiene ventajas como lo es la baja producción de olores y se suprime el crecimiento de la putrefacción. Este ácido se produce por un ajuste en el pH el cual se realiza de forma intermitente. En un estudio para el tratamiento de residuos de cocina se observó que si este ajuste de pH se realiza continuamente la selectividad del ácido láctico disminuye y el número de bacterias coliformes y clostridios aumentan alrededor de 10

101

veces en comparación a los presentes durante el intermitente ajuste del pH (Sakai et al, 2000). Sin embargo, los residuos orgánicos contienen macromoléculas que no son degradados por las bacterias ácido-lácticas.

Otro tratamiento a la basura es el biorreactor pequeño similar a Acidulo compostaje donde se utiliza un (EPGD) (electric-powered garbage otros decomposer (EPGD) descomponedores de basura con motor eléctrico), que está equipado con un sistema de calefacción y de agitación que mantiene los materiales a temperaturas elevadas (40 ºC a 65 °C) que conlleva a una generación mínima de malos olores, y el pH de la materia se mantiene de forma espontánea de 4-6 durante todo el proceso (Nishino et al, 2003).

El compostaje convencional de otros procesos con DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante), suelen funcionar bajo condiciones neutras a alcalinos. La actividad de compostaje de tal proceso convencional disminuye gradualmente con una disminución en el pH del procesado de basura, y, por último, por lo general 2 a 6 meses después del inicio del proceso, la actividad de compostaje disminuye y un olor pútrido se emite (Hemmi et al, 2004). Los análisis PCR-DGGE revelaron que los microorganismos principales identificados en el acidulo compostaje eran las bacterias ácido lácticas (Figura6), como el Lactobacillus y Pediococcus. Estas bacterias del ácido láctico continuaron siendo la principal especie en todo el proceso y se identificaron en general independientemente del tipo de basura

102

a tratar. Estas observaciones apuntan claramente a la importancia de las bacterias ácido lácticas en el proceso.

El predominio de las bacterias del ácido láctico en el acidulo compostaje fue confirmado por análisis de FISH (fluorescence in situ hybridization (FISH)), usando sondas específicas para 16S ARNr de todos las eubacterias y lactobacilos, enterococos, (Hemmi et al, 2004).

Figura 5.4 Perfiles de los análisis PCR_DGGE de la estructura de las comunidades microbianas en el proceso de acidulocompostaje de basuras. Fuente: Hemmi et al, 2004

103

Los resultados mostraron que aproximadamente la mitad de la población bacteriana, las integraban bacterias que se encuentran metabólicamente activas incluso en condiciones termoacidofílicas como es el caso de los lactobacilos y enterococos. El número de bacterias acidolácticas en el acidulocompost se estimó por un análisis PCR-DGGE cuantitativo a 8x 10-5 ~ 2x 10-7 por 1 g de producto seco (Hemmi et al, 2004), y este valor fue aparentemente menor que los observados en los procesos de compostaje convencional de la basura (en general, más de 1010 células por 1 gramo de producto seco), (Dees et al, 2001). El análisis de PCR cuantitativo también reveló la variación en el número de células de bacterias ácido-lácticas en respuesta a la adición de elementos no utilizados durante el proceso, donde las bacterias ácido-lácticas proliferaron sobre la adición de basura y, posteriormente, disminuyó la población en las condiciones de acidulo-compostaje. Las condiciones del proceso de acidulo-compostaje pueden permitir el crecimiento de una clase específica de bacterias acido-lácticas.

Además, en el proceso se bajan los valores de pH, lo que presumiblemente es el resultado de los ácidos orgánicos producidos por los microorganismos propios de las basuras. Las elevadas temperaturas del proceso, pueden dar lugar al crecimiento de otros microorganismos maléficos para el proceso como lo son las bacterias de putrefacción, lo cual es importante prevenir (Haruta et al, 2005).

Así, en el proceso de acidulo-compostaje, la basura se degradada añadiendo un número relativamente bajo de

104

microorganismos, y el producto resultante es libre de patógenos y no ocasiona la putrefacción de la basura. Por lo tanto, el acidulo-compostaje podría ser considerada como una estabilización biológica del proceso de la basura y debe ser una ventaja práctica para el reciclaje de la basura como fertilizante o alimento, (Haruta et al ,2005).

Todos los residuos varían mucho en cuanto a calidad, cantidad y ubicación específica, el conocimiento sobre las características es un factor determinante para decidir el tipo de método de eliminación a elegir a través de un proceso adecuado. En cuanto a la tecnología apropiada, es preciso señalar que los estudios tanto en biotecnología aerobia y anaerobia para el tratamiento de los residuos orgánicos se ha continuado durante mucho tiempo. En ambos enfoques, la tecnología está basada en el fenómeno natural de la descomposición microbiológica de la materia orgánica (en ausencia de oxígeno en condiciones anaerobias, mientras que en presencia de oxígeno bajo condiciones aeróbicas) (Sharma et al, 1997).

En la mayoría de los dispositivos que involucran conversión microbiológica, se encuentran problemas operacionales ya que ellos emiten a menudo un olor fuerte que es un problema considerable cuando se usan tales procesos en áreas urbanas. (Hemmi et al, 2004).

La mayoría de los microorganismos del suelo aumentan inmediatamente después de la aplicación de abonos y fertilizantes orgánicos. Las bacterias aerobias, actinomicetos y

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hongos disminuyen el número de células a lo largo del invierno. Esta tendencia es influenciada probablemente por el contenido de nutrientes del suelo, especialmente NO3-N. Las bacterias formadoras de esporas como las Pseudomonas spp., y Fusarium spp., no responden inicialmente a la aplicación de fertilizantes orgánicos.

Así, el reciclado de la basura por medio de método microbiano se espera que tenga mucho menos impacto sobre el medio natural en comparación con los otros métodos (HARUTA et al ,2005).

REFERENCIAS

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CAPITULO 6

BIOFERTILIZANTES Y FERTILIZANTES QUÍMICOS

En general el número de microorganismos no parece tener una importante discriminación entre los fertilizantes químicos y los orgánicos. No obstante, hay varios períodos más altos en los que las comunidades de microorganismos crecen, como las bacterias aerobias, actinomicetos y hongos. Se sabe que la materia orgánica introducida en el suelo estimula la actividad microbiana del suelo y las poblaciones microbianas del suelo. La aplicación del fertilizante orgánico, así como diversos compost generalmente provocan un aumento de bacterias, hongos y actinomicetos de la población en comparación con los fertilizantes minerales (aunque se han dado resultados positivos cuando se combinan residuos orgánicos con fertilizantes minerales los cuales mejoran el potencial de disponibilidad de nitrógeno en relación con cualquiera de los dos fertilizantes aplicados por separado (Gentile et al 2008), pero los patrones varían en función del tipo de abono orgánico, la tasa de aplicación el tipo de suelo al que se aplicó (Pérez- Piqueres et al ., 2006) y el tiempo investigado (Kokalis-Burelley Rodríguez- Kabana, 1994).

En algunos casos, el compost o estiércol de granja no mejoran significativamente la densidad microbiana en comparación con fertilizantes minerales. El efecto del abono orgánico en las poblaciones de microorganismos no siempre son el mismo o coherente a lo largo de toda la temporada de cultivo. Sin

112

embargo, los actinomicetos, se incrementan rápidamente después de la fertilización orgánica, y se notó que los microorganismos (bacterias aeróbicas y los actinomicetos) fueron relativamente abundantes en la parcela orgánica donde se aplicaron. El nitrógeno, abono y fertilizantes orgánicos suprimen en buena medida la cepa patógena Fussarium spp., después de cierto lapso de tiempo. El abono orgánico por lo tanto, tiene un efecto positivo a la comunidad microbiana del suelo, en cuanto a su crecimiento a través de un determinado periodo de tiempo.

6.1 BIOFERTILIZANTES

En principio, es necesario definir qué son los biofertilizantes. De manera sintética, podemos decir que son productos con base a microorganismos benéficos (bacterias y hongos), que viven asociados o en simbiosis con las plantas y ayudan a su proceso natural de nutrición, además de ser regeneradores de suelo.

Obviamente, se trata de productos que no contaminan ni degradan la capacidad productiva del suelo, por el contrario, son regeneradores de la población microbiana; asimismo, estos productos tienen una función protectora del sistema radicular de la planta contra microorganismos patógenos.

Además, hay que hacer hincapié en que la nutrición biológica de la planta es la forma más eficiente y económica de la

113

alimentación vegetal, ya que permite el aprovechamiento del nitrógeno atmosférico, el nutriente más caro, además de aprovechar de manera más intensiva los nutrientes disponibles en el suelo, ya que estimulan el desarrollo del sistema radicular y permiten mayor solubilidad y conductividad de nutrientes.

Por otro lado, hay que enfatizar que los efectos de los biofertilizantes en el desarrollo radicular, mayor solubilidad y conductividad de nutrientes, se traducen en un mayor aprovechamiento de la humedad del suelo y, por lo tanto, en el uso más racional del agua y una mayor resistencia a la sequía.

En términos generales, se puede decir que los biofertilizantes tienen un costo para el consumidor final, para el productor, de sólo 10% del costo de la fertilización química.

Otra parte importante en el uso del biofertilizante es el poco volumen que representa su aplicación; mientras que en el caso del químico se está haciendo referencia a cientos de kilos por hectárea, aquí se aplica apenas 1.5 kilos por hectárea, con el consecuente ahorro en fletes, maniobras y aplicación.

Sin embargo, estos biofertilizantes no son incompatibles con los fertilizantes químicos, se pueden combinar para lograr un uso más racional del químico, mejorando significativamente el aprovechamiento de éste por la planta, disminuyendo los niveles de desperdicio y contaminación. Por ejemplo, en el caso de gramíneas, con la aplicación del biofertilizante se

114

puede disminuir entre 20 y 50% la dosis de fertilización química recomendada, obteniéndose iguales o mejores rendimientos, entre 10 y 20% superior, además del ahorro en el uso de fertilizante.

Funciones de los biofertilizantes:

1. Fijadores de nitrógeno del medio ambiente para la alimentación de la planta.2. Protectores de la planta ante microorganismos patógenos del suelo.3. Estimulan el crecimiento del sistema radicular de la planta.4. Mejoradores y regeneradores del suelo.5. Incrementan la solubilización y absorción de nutrientes, como el fósforo, que de otra forma no son de fácil asimilación natural por la planta.6. Incrementan la tolerancia de la planta a la sequía y la salinidad.

Los resultados de la aplicación de abonos orgánicos en la planta de cebolla muestran un comportamiento de: reducción del crecimiento en términos de altura de la planta y en el número de hojas; reducción en cuanto al peso, y en la absorción de nutrientes en comparación con la aplicación de fertilizantes químicos, el abono orgánico sin embargo, aumenta los sólidos solubles totales en la cosecha de la planta de cultivo. Además no se observan diferencias significativas

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en el rendimiento del bulbo de las plantas, en comparación con los fertilizantes químicos en las mismas condiciones de aplicación. Los resultados del estudio indican que el uso de fertilizantes orgánicos, en el pH del suelo es estable así como los niveles de NO3-N en el transcurso del período vegetativo. Además, el aumento del contenido de materia orgánica y poblaciones de microorganismos en el suelo, puede proporcionar beneficios a largo plazo en términos de la fertilidad y la mejora de la productividad del cultivo. El pH del suelo estable y el aumento del contenido de materia orgánica y el K intercambiable se debieron a la aplicación de fertilizantes orgánicos, que podría tener efectos positivos en el cultivo del arroz, cebolla y otros tipos de cultivos.

Varios tipos de materia orgánica han sido reconocidos como agentes enmendadores del suelo y como controladores de cierto tipo de enfermedades, por ejemplo un tipo de materia orgánica ayuda a el control de las manchas marrones, al aumento del crecimiento de las plantas y a la reducción del número de bacterias perjudiciales para el salvado de arroz (Osunlaja, 1989).

Sin embargo, los problemas que acarrean los biofertilizantes son la acumulación de NO3- en las verduras y el aumento de la concentración de la conductividad eléctrica en la agricultura ecológica causada por aplicación excesiva de estiércol y otros fertilizantes orgánicos (Lee et al., 2004; Sohn et al., 1996).

El aumento del pH del suelo es considerado como una gran ventaja cuando se usa compost de RSU (Mkhabela y Warman,

116

2005). Según varios estudios se han reportado valores de pH del suelo entre los que se mencionan: 6.1 a 7.6 (Hernando et al, 1989), 5,8 a 6,4 (Maynard, 1995), 5,9 a 6,3, y 5,4 a 5,8 (Mkhabela y Warman, 2005) respectivamente; 5,3 a 6,6, y 6,0 a 6,6 (Zheljazkov y Warman, 2004) respectivamente; 5,1 a 5,9 (Shanmugam, 2005), y de 5,8 a 6,7 (Zhang et al, 2006). Estos aumentos fueron proporcionales a las cantidades de compost utilizado. El aumento de pH del suelo puede ser debido a la mineralización del Carbono y la posterior producción de iones OH - por intercambio de enlaces así como la introducción de cationes básicos como Ca2+, K+, y Mg2+(Mkhabela y Warman, 2005).

6.2 FERTILIZANTES QUÍMICOS

Los fertilizantes son combinaciones de nutrientes que ayudan a las plantas a desarrollarse. Hay dos tipos de fertilizantes: orgánicos y químicos. En nuestra época usamos más de los químicos que nunca antes, y eso tiene un gran efecto en el medioambiente. Con el excesivo uso de fertilizantes uno puede cambiar la biosfera de ni solo el suelo, pero el agua de los ríos alrededor de la tierra cultivado. La utilización de fertilizantes químicos también ayuda al suelo pero no provocan los daños que hacen los fertilizantes inorgánicos cuando sus aplicaciones son excesivas y sus procedimientos son inadecuados. Las personas que soporten el uso de los fertilizantes químicos son los dueños de grandes plantaciones y granjas donde quieren producir grandes cantidades para obtener grandes ganancias. Sin embargo, cuando piensen mucho sobre ganancias tienden

117

de olvidar los daños que causan a la naturaleza y a los campesinos que trabajan en el campo tratando los fertilizantes y pesticidas. Pero los productores que usan fertilizantes químicos dicen que si tendrían que usar solamente fertilizantes orgánicos, no podrían producir bastante comida para toda la población del mundo. Primera vez hasta el principio del pasado siglo todos los fertilizantes fueron químicos, en la mayoría guano, heces de los aves. Pero en 1909 Fritz Haber descubrió un proceso durante pudo producir amonio, la más importante ingrediente de todos los fertilizantes químicos (IFDC). En el proceso el gas natural es usado para convertir el nitrógeno atmosférico a formas utilizables como amoníaco y urea. Sin embargo, el gas natural representa aproximadamente el 22 % del uso de la energía global, y la demanda crece para su formato licuado. Debido a que el gas natural es un ingrediente principal en la fabricación del amoníaco, los altos precios de gas pueden conducir a un costo de fertilizantes aún más alto. No obstante, los fertilizantes siguen siendo producidos en un nivel industrial que ha hecho posible la “revolución verde”. Eso significa un rendimiento de productos agricultores en un nivel nunca antes visto. Esa revolución ayudó a muchas personas de elevarse de la hambruna pero mucha gente dice que los fertilizantes químicos hacen más daño que beneficio. Los elementos más esenciales son el fósforo, el potasio y el nitrógeno. El nitrógeno es 78.1 % del aire y es convertido en fertilizante usando el proceso de Haber-Bosch. Los fertilizantes de fosfato son fabricados sobre todo en los Estados Unidos, Marruecos y a lo largo del Mar Báltico. Según el Centro de Desarrollo de Fertilizante

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Internacional (IFDC), el precio de fosfato di amonio, el principal fertilizante de fosfato, se elevó deUS$252 en enero de 2007 a U.S$1203 por tonelada hacia julio de 2008 (precio del Golfo estadounidense). La potasa, que es la fuente del potasio se extrae de minas. Canadá produce 40 % de la potasa del mundo, seguida de Rusia y Bielorrusia. El precio del cloruro de potasio se elevó de U.S$172 en enero de 2007 a U.S$752 por tonelada hacia julio de 2008 (precio de Vancouver). El precio de una tonelada de urea se elevó de U.S$272 en enero a U.S$787 hacia julio de 2008 (precio del Golfo árabe).Los precios altísimos de los fertilizantes impulsan hoy a los agricultores a usar menos fertilizante y analizar el suelo y las plantas para hacer la producción más eficiente.

Hay tres sustancias principales en la composición de los fertilizantes, el nitrógeno, el fósforo y el potasio, estas sustancias son las más importantes en el crecimiento vigoroso de las plantas, y a su vez son las que más se agotan en el suelo.

Las proporciones en % de estos componentes en el fertilizante químico, están representados por la fórmula que acompaña a los fertilizantes. Esta fórmula consta de tres números separados por guiones, ejemplo, 20-20-20 ó 20-0-10 etc., el primer número es la proporción de nitrógeno asimilable por la planta que contiene, el segundo la cantidad de fósforo y el tercero de potasio. Cuando los tres números tienen valor diferente de cero se dice que es un fertilizante completo.

Estos fertilizantes pueden ser:

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Solubles: Cuando el fertilizante se disuelve totalmente en el agua de riego y penetra con ella al suelo, son de rápida acción, pero tienen la desventaja de que son “lavados” por el riego y terminan en parte, en las capas profundas del suelo donde las raíces no pueden alcanzarlos.

De acción lenta: En general son granulados, las sustancias activas están retenidas en gránulos duros no solubles, pero que permiten al sistema radicular de la planta extraerlas de ahí, con lo que su acción es más lenta pero duradera, lo que es conveniente en la mayoría de los casos.

Quelados: En este caso los componentes nutricionales forman parte de una molécula compleja que impide que el elemento reaccione libremente con los componentes del suelo pero a su vez pueda ser utilizado por las plantas. En la gran mayoría de los casos se usan quelados los llamados micro-elementos (ver mas abajo).

Además, los fertilizantes pueden contener los llamados micro-elementos; son generalmente, cantidades pequeñas de algunos elementos químicos, que son necesarios para los procesos vegetativos de algunas plantas, y que se adicionan en los fertilizantes formulados para algunas zonas geográficas donde esos elementos escasean o no existen en el suelo.

Entre estos elementos los más comunes son: magnesio, hierro, manganeso, cobre, boro, cinc, molibdeno y otros.

120

Para la formulación de los fertilizantes se usan mezclas de sales u otros compuestos de los diferentes elementos que quieren incorporarse, siendo muy común el uso de:

• Nitrógeno en forma de nitratos (especialmente el nitrato de amonio) y urea.

• El fósforo en forma de fosfatos de metales o amónico.

• El potasio en forma de fosfatos o nitratos de potasio.

• El boro en forma de ácido bórico.

• El resto de los micro-elementos como sulfatos.

Se realizaron pruebas sobre la aplicación de fertilizantes orgánicos y fertilizantes químicos en un cultivo de cebolla, con y sin recubrimiento de una película plástica de polietileno (el cual mantiene la temperatura del suelo, retiene el contenido de humedad), durante un año.

En esta investigación el fertilizante orgánico que se utilizó estaba hecho de una mezcla de materiales orgánicos como: torta de aceite de sésamo, salvado de arroz y melaza y minerales como illita así como el suelo de montaña por un proceso de fermentación. El abono orgánico sólido para su aplicación sin recubrimiento en N, P, K, fue de 40, 13, 18, 461 g respectivamente, y un 1 kg., de materia orgánica, y el abono con recubrimiento contenía N, P, K, 35, 9, 23 g., respectivamente, y 1 kg., de materia orgánica. Este último fue licuado con un volumen 10 veces mayor de agua durante 10

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días para la producción del fertilizante líquido. Los Componentes de nutrientes en fertilizantes líquidos fueron 1154 mg N kg -1, 32mg P kg -1, 324 mg K kg-1. Los cuatro tratamientos orgánicos, tenían la misma base de fertilización, pero eran diferentes de la siguiente manera: (1) fertilizante sólido orgánico sin recubrimiento (OF / OFnM), (2) fertilizante líquido orgánico sin recubrimiento (OF / LOFnM) (3), fertilizante líquido orgánico debajo del recubrimiento (OF / LOFuM) y (4) fertilizante líquido orgánico sobre el recubrimiento (OF / LOFoM). Fertilizante químico (FQ) y sin fertilizante (NF) fueron tratados como controles.

La tasa de abono orgánico sólido fue de 2,0 toneladas/hectárea para la aplicación basal (Tabla 6.1). La aplicación del fertilizante liquido orgánico encima o por debajo del recubrimiento (OF / LOFuM; OF / LOFoM) produjo un crecimiento casi igual que el de la fertilización química en términos de altura de la planta, numero de hojas, diámetro del bulbo y peso del bulbo de cebolla.

En cuanto a contenidos de nitrógeno, fósforo y potasio, ver tabla 6.1

Tratamiento Fertilización básica

Recubrimiento(N-P-K)

Velocidad Total

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(N-P-K)Kg ha -1

Kg ha 1 (N-P-K)Kg ha 1

NF

CF

OF/OfnM

OF/LOFnM

OF/LOFuM

OF/LOFoM

-----------

(80 - 34 - 48)

2,000 (80-20-27)

2,000 (80-20-27)

2,000 (80-20-27)

2,000 (80-20-27)

-----------

(160-0-80)

4,570 (160-27-103)

132,000 (160-4-43)

132,000 (160-4-43)

132,000 (160-4-43)

-----------

(240-34-128)

(240-24-130)

(240-24-69)

(240-24-69)

(240-24-69)

Tabla 6.1 Cantidades de biofertilizantes y fertilizantes químicos aplicados a los campos de cebolla.

Fuente: Lee J., et al 2010.

6.3 DIFERENCIAS ENTRE FERTILIZANTES QUÍMICOS Y BIOFERTILIZANTES

123

Entre las propiedades químicas del suelo se encontraron las siguientes diferencias significativas entre la fertilización química y los suelos fertilizados con biofertilizantes: cambios en el pH, conductividad eléctrica (CE) y valores NO3-N (Figura 12) (Lee J., et al 2010). Poco después de la fertilización, las fluctuaciones rápidas en estos valores se produjeron en el grupo de la fertilización química. En concreto, el pH disminuyó y el NO3-N y el contenido de K2O intercambiables aumentó como respuesta directa a la aplicación del fertilizante químico. Los cambios de la CE mostraron una tendencia similar a las de los contenidos de NO3-N, y sus respuestas fueron más dramáticas que los cambios en el pH. El pH del suelo antes de la fertilización sin el recubrimiento de polietileno fue de 6.7 y después de la cosecha fue cerca de 6,5 en todos los grupos de tratamiento, excepto para el grupo de tratamiento de la fertilización química, con un pH de 6,0. El P soluble y el pH fueron significativamente mayores en los sistemas orgánicos que en los sistemas convencionales, mientras que la conductividad eléctrica y las concentraciones de Mg, Ca y sólidos solubles fueron mayores en las fertilizaciones convencionales. La conductividad eléctrica es una medida de la cantidad total de cationes y aniones en la solución y sus niveles se han encontrado que están estrechamente relacionados con las concentraciones de NO3 en el suelo (Partriquin et al., 1993).

124

Figura 6.1 Cambios en las propiedades químicas del suelo producido por los diferentes métodos de aplicación de fertilizantes orgánicos. Fuente: Partriquin et al., 1993

La nitrificación acidifica el suelo, debido a los cationes en solución. Así, los cationes solubles y los niveles de CE dependen en gran medida de las prácticas de fertilidad del nitrógeno (N).

Los fertilizantes orgánicos incrementan el contenido de carbono orgánico del suelo pero no tienen efecto significativo en el contenido de carbono orgánico disuelto (COD) (Marschner et al, 2003). La relación C / N es mayor en el tratamiento de la orgánico y más bajo en el tratamiento

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mineral. De las enzimas estudiadas, sólo la actividad de la proteasa se ve afectada por los diferentes enmendadores del suelo (fertilizantes).

Las proporciones de las bacterias Gram+ y las bacterias Gram- y de bacterias a hongos, según lo determinado por análisis de los ácidos grasos de fosfolípidos, son mayores en los tratamientos ecológicos que en los tratamientos inorgánicos.

Según revisión bibliográfica se observa que los procesos para la obtención de biofertilizantes y alimento para animales a partir de residuos sólidos municipales genera un desafío para evitar de cierto modo la contaminación y se pueden generar productos de valor comercial.

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CAPITULO 7

MODELAMIENTO DEL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE MICROORGANISMOS HASTA

BIOFERTILIZANTES.

El agua, necesaria para toda forma de vida, es particularmente sensible a la contaminación en la medida en que todos los

128

afluentes, tratados o no, se reúnen tarde o temprano en los ríos y los océanos. Para tratar estos contaminantes en el agua, es necesario implementar un sistema de tratamiento, los sistemas biológicos son una alternativa hoy en día. Los modelos de los lodos activados (el más usado de todos los procesos de tratamiento biológico, se utiliza en las dos macro plantas de Toluca, México, como ejemplo) son una alternativa, como ejemplo de para un tratamiento biológico.

Este artículo tiene por objetivo dar a conocer la aplicación de un software creado por el modelo ASM1, para la remoción biológica de lodos activados, aplicado en una planta de tratamiento. De resultados obtenidos con el proceso aeróbico utilizando valores en referencias literarias, se siguió el comportamiento de remoción de los microorganismos, la degradación de materia carbonaria y la producción de lodo. Este proceso se llevó a cabo en un reactor batch con recirculación. Se siguió el comportamiento a nivel escala, sin determinar valores específicos de una planta en el simulador usado para poder posteriormente calibrar y ajustar con valores de acuerdo a lo conveniente.

7.1 MODELO DE LODOS ACTIVADOS ASM 1

En este modelo se describe el crecimiento bacteriano que incluye procesos para la eliminación de fósforo, por ser este proceso es el más importante para la remoción de materia orgánica. Una fracción de sustrato rápidamente biodegradable se utiliza para el crecimiento de la biomasa y el resto es

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oxidado como fuente de energía, aumentando la demanda de oxígeno asociado. Este modelo cuenta con ocho procesos de transformación biológica, los cuales interactúan con 13 componentes que interactúan en el agua residual. El sistema contempla también dos clases de componentes en cuanto a sus características físicas: material en partícula, denotado con el símbolo X, y material soluble, denotado con el símbolo S. De los 13 componentes, siete son componentes solubles y cuatro son componentes particulados. Además, este modelo distingue dos tipos de biomasa: la biomasa heterótrofa y los organismos vitrificantes quimioautótrofos, a los que se lama “biomasa autótrofa”.

7.1.2 Programación en VBA para solución numérica

Para programar los métodos numéricos mencionados en el apartado anterior, se empleó el programa Visual Basic for Applications (VBA), dentro del Microsoft Excel. Para programar en el lenguaje VBA es necesario manejar diversos tópicos del programa. Por ejemplo, declaración y asignación de variables y constantes, la comprensión de los conceptos, conjuntos y propiedades, el empleo de los eventos de cada objeto y la interrelación de los mismos.

7.1.3 Proceso biológico

El tratamiento biológico de los desechos consiste en transformar, con la ayuda de micro-organismos (el conjunto de

130

los micro-organismos presentes que constituye la “biomasa”), la materia presente en los desechos bajo forma orgánica y constituida esencialmente de carbono, nitrógeno y fósforo en elementos minerales, principales participantes de los grandes ciclos biogeoquímicos. El principio es el siguiente: los contaminantes son materia orgánica biodegradable, el amonio, el nitrato, el fosfato y otros contaminantes con menor concentración contenidos en la fase líquida al igual que los sólidos biodegradables son transformados en biomasa (o lodo) y en diversos gases por los micro-organismos, y el problema se reduce por consiguiente a separar ambas fases, líquida y sólida con el objeto de devolver al medio ambiente la fase líquida. Hay que remarcar que en la mayoría de los casos la biomasa se genera espontáneamente en el reactor biológico, a partir de pequeñas concentraciones de micro-organismos presente en el agua residual o en el aire, y de las reacciones biológicas que en el diseño y operación de la planta se procura favorecer.

131

Figura 7.1 Esquema de tratamiento de agua residual apartir de Biomasa Fuente: Kiely, G.1999. Ingeniería ambiental

7.2 PROCESOS BÁSICOS DE LA MATERIA ORGÁNICA DEL AFLUENTE

Una parte se degrada hasta llegar en último término a dióxido de carbono y agua, mediante el metabolismo energético (conformación adicional de metano, sulfuro de hidrógeno e hidrógeno en el proceso anaerobio). Los procesos aerobios requieren oxígeno.

Otra parte se utiliza en la síntesis de celular, para producir más biomasa (crecimiento)

De esta manera, la biomasa limpia el agua residual de la mayor parte de la materia orgánica, obteniéndose el agua residual tratada (efluente), de una calidad superior al efluente. En los procesos más utilizados, es fundamental aplicar una etapa de separación sólido-líquido, para separar el agua residual tratada de la biomasa. Normalmente, esto se consigue mediante la separación por gravedad (sedimentación en decantadores secundarios, etapas de sedimentación discontinua o lagunas de maduración), o mediante la separación por membranas (biorreactores de membranas).

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En la técnica de lodo activado, lo activado juega un papel importante para el consorcio bacteriano, el proceso oxidativo de los microorganismos suministra la energía necesaria para la operación de los procesos de adsorción y asimilación. Una vez que se alcanza el grado de tratamiento que se desea con lamas microbianas floculentas conocidas como lodo, se separan del agua residual por asentamiento, por lo general, en recipientes separados, especialmente diseñados para ello.

La naturaleza floculenta de los lodos activados es importante, en primer lugar para la absorción de las materias coloidales, iónicas y en suspensión dentro del agua residual y, en segundo lugar, para la separación rápida, eficiente y económica de la masa microbiana del agua residual tratada.

El buen funcionamiento de una instalación de tratamiento de aguas está por lo tanto condicionado, por un frágil equilibrio entre la necesidad de mantener la mayor cantidad posible de lodos en los reactores a fin de tratar una mayor “carga contaminante” y la capacidad de las tecnologías para separar las fases líquida y sólida.

En los últimos treinta años se han llevado a cabo numerosos estudios acerca del control de los procedimientos biológicos. De hecho, los primeros resultados significativos comenzaron a aparecer desde el momento en el que la formalización matemática de los fenómenos biológicos, en particular la formulación de las expresiones de tasas de crecimiento específico alcanzó un cierto nivel de madurez.

133

En los años 80, el aumento en la capacidad de cálculo y el desarrollo de la algorítmica, permiten el uso de la simulación numérica como herramienta de optimización de concepción y de control de sistemas. La modelación se alza entonces como una disciplina en plena expansión entendiendo este como : una descripción, desde el punto de vista de las matemáticas, de un hecho o fenómeno del mundo real.

Sin embargo, en el área del tratamiento de las aguas, los diferentes modelos desarrollados no utilizan los mismos conceptos, los protocolos de identificación de sus parámetros no son estándar y sobretodo sus dominios de validez resultan extremadamente restringidos. El modelado pueden definirse como el proceso de aplicación del principio del conocimiento o experimentación simular o descripción de la actuación del sistema real para lograr ciertas metas. Los modelos pueden ser rentables y eficaces, una herramienta factible con o real, en los sistemas complejos. Modelar ha sido en mucho tiempo un componente integro organizando, sintetizando, y racionalizando de las observaciones y medidas de los sistemas reales, entendiendo sus causas y efectos.

En un sentido amplio, las metas y objetivos de planear pueden ser dobles: investigación- orientada o dirección-orientada. Las metas específicas de esfuerzos modelados pueden ser uno o más de los siguientes: para interpretar el sistema; para analizar su conducta; para manejar, operar, o controlarlo, para lograr los resultados deseados; diseñar métodos para mejorarlo o modificarlo; para probar las hipótesis sobre el sistema; o para prever su respuesta bajo las condiciones diferentes.

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La principal limitante de las lagunas de lodos es el tener limitantes fuertes para su uso en la resolución de problemas de contaminación industrial. En 1982, la Asociación Internacional para la Calidad del Agua la Internacional del Agua International Water Association (IWA) crea un grupo de trabajo sobre la “modelación matemática para la concepción y la gestión de procedimientos de lodos activados”.

Un modelo cinético es fácil de manejar, al tener componentes y procesos cinéticos. Sin embargo, debe tener en cuenta una serie de fenómenos importantes, como:

La hidrólisis de los sólidos orgánicos, que provoca la liberación de materia orgánica soluble, que puede ser al menos parcialmente biodegradable.

La amonificación del nitrógeno orgánico La conversión del amonio a nitrato (nitrificación) La biomasa nitrificante (autótrofa), que realiza el proceso

anterior Los procesos involucrados en la asimilación incrementada de

fósforo por microorganismos especializados. El papel de la alcalinidad en algunos procesos anteriores

Los logros más destacados de este grupo fueron, un consenso en los procesos biológicos que integral el modelo, la estandarización de los símbolos, la presentación del modelo utilizando una notación matricial, la propuesta de valore de “default” de los parámetros del modelo, la adopción de la DQO y su fraccionamiento para caracterizar las aguas y lodos, un código de programación para el desarrollo futuro de

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software de modelización. La última acción propulsó la existencia actual de varios software y programas que tienen implementados los conceptos del ASM1 original o algunas de sus modificaciones para fines de diseño, operación de plantas o investigación entre los que están: Aquasim, Biowin, GPS-X, SSSP, Simba, etc. Aquasim es un programa que se presta bien en la docencia e investigación. (Reichert 1998)

7.3 CONDICIONES PARA SU ACTIVACIÓN

El sistema requiere de un volumen de reactor tipo Batch de al menos 1000 m3, de capacidad.

Para la remoción de los contaminantes es importante el sustrato, el cual bajo las condiciones ideales disminuye con la relación entre el tiempo y el crecimiento de los microorganismos los cuales degradan principalmente el fósforo y nitrógeno.

El nitrógeno puede estar presente en las aguas residuales de diferentes maneras (por ejemplo en forma orgánica, amoniaco, nitritos o nitratos): La mayoría del nitrógeno disponible, tanto en los efluentes de los tanques sépticos, como en las aguas residuales municipales, presentan en forma orgánica o de amoniaco.

El fósforo se encuentra en las aguas residuales en forma orgánica, como ortofosfato inorgánico o como fosfato complejo, los cuales representan cerca de la mitad de los

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fosfatos de aguas residuales municipales y materiales provenientes del uso de los detergentes sintéticos. Los fosfatos complejos se hidrolizan durante el tratamiento biológico a la forma de ortofosfato (PO4-3) (Crites y Tchobanoglous, 2000).

Parámetro Valor Definición∞ 0,8 Tasa máxima específica

de crecimiento [h-1]Ks 80 Constante de velocidad

media [mg/l]S0 100 Concentración inicial de

sustrato [mg/l]Xo 200 Concentración inicial de

microorganismos [mg/l]Y 0,4 Coeficiente de

producción de máximaTiempo final 0,5 Tiempo [h]

Tabla 7.1 Parámetros utilizadosFuente: Crites y Tchobanoglous, 2000

Figura 7.2 Sustrato biodegradable en función del tiempoFuente: Crites y Tchobanoglous, 2000

137

Figura 7.3 Crecimiento de heterótrofosFuente: Crites y Tchobanoglous, 2000

Figura 7.4 Crecimiento de autótrofosFuente: Crites y Tchobanoglous, 2000

138

Para que un sistema biológico funcione correctamente, es necesario que hallen presentes cantidades adecuadas de nutrientes, los principales son el nitrógeno y el fósforo. Basándose en una composición media del tejido celular representable como C5H9NO2 se necesitarían del orden de un 12,4% peso de nitrógeno. Normalmente suele suceder que las necesidades de fósforo son de una quinta parte de este valor (2,48% en peso), estos valores deben de considerarse como típicos y no como cantidades fijas, para el crecimiento de os organismos autótrofos y heterótrofos, como se muestras en los diagramas.

Actualmente las plantas de tratamiento de aguas residuales solo cuentan con el tratamiento biológico convencional, el uso de un software en una planta automatizada, mejora todo su funcionamiento previendo descontrol total de la planta, ya que con este sistema se monitorean desde las condiciones de entrada al tren hasta la simulación de la salida, además este se puede ajustar a las necesidades de la planta. En las gráficas propuestas podemos ver la disminución de los sustratos.

Debido a la falta de datos para caracterizar las aguas residuales, los valores fueron tomados de datos de la literatura lo cual ayudó a general y probar con un nivel de confianza el software, también se tomaron valores propuestos por el modelo ASM 1, para los datos estequiométricos y cinéticos utilizados, así como para la matriz utilizada.

139

Como se observa en las figuras, se utilizó el software a velocidad media para bacterias heterótrofas, los valores reportados en el modelo que se observan que a medida aumenta Ks cuando se calcula un aumento de sustrato rápidamente biodegradable, que es parte de los SST, los cuales son parte importante de los materiales que se remueven en el tratamiento biológico, este software nos puede predecir el comportamiento del mismo en forma gráfica y tabular, además de dar al operador el modelo de comportamiento a futuro de la planta, el adecuado manejo lo hace una herramienta más para los operadores.

REFERENCIAS

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S.Isaacs, J.J. Hansen, K. Scmidt and M. Henze, 1995.Wat. Sci. Tech. AIWQ Vol. 32, No2, pp55-66

Loperena, L. Saravia V., Murro, D.; Ferrari, M.M:, Lareo, C. 2006, Kinetic properties of a comercial and native inoculum for aerobic milk fat degradation, Bioresour technol, 97, 2160-2165.

Lars R. y Douglis A.J. 2006. Biphenyl degradation kinetics by Burkholderia xenovorans LB400 in two phase partitioning bioreactors, Chemosfere 63, 972-979

Gujet, W, Hense, M., Takahashi, M. van Loosdretch, M. 1999. Activated Sludge model No3, Wat. Sci. Tech, 39, 183-193

140

Kiely, G.1999. Ingeniería ambiental, Editorial Mc Graw –Hill

Lenntech Water treatment & Air Purification “Historia del tratamiento del agua potable”

Masahiro M., Asuka Itoh, 2005. Kinetics for aerobic biological treatment of o-cresol containing wastewaters in a slurry bioreactor: biodegradation by utilizing waste activated sludge. Biochemicla Engineering Treatment, Disposal and Reuse. Editorial Mc Graw- Hill

Robles Loyola A,.Vegas F., Ramos H.2000 Alternativas de Tratamiento de aguas Residuales

Romero H. 1999. Lagunas de estabilización, alternativa de México para manejar aguas residuales Ingeniería y Ciencias ambientales

Seoánez Calvo M. 1999 Aguas Residuales Urbanas; Tratamientos naturales de bajo costo y aprovechamiento, Editorial Mc Graw Hill.

141

CAPITULO 8

BIOREACTORES ANÁLISIS Y DISEÑO

En algunos países del continente Asiático como Corea, Japón y China se ha creado una tecnología en cuanto al manejo de residuos de comida por medio de descomponedores de basura y lo que buscan es desarrollar y aplicar tecnologías innovadoras a esos productos con el fin de evitar la contaminación ambiental de los desechos alimentarios producidos por los locales comerciales y crear productos benéficos como lo es el material resultante del proceso que puede ser usado como abono.

Un descomponedor de desechos alimenticios que utiliza microorganismos acido lácticos de la compañía OKLIN, puede procesar hasta 3 Kg de residuos por cada 24 horas, el proceso de descomposición del sistema se basa en el movimiento del agitador de manera constante donde sus palas mezclan el contenido de los residuos con el polvo que contiene los microorganismos dándole aireación a la mezcla y el calefactor eléctrico mientras tanto pone el tanque de descomposición a la temperatura optima, cuando la descomposición ha terminado el equipo se pone en sistema de ahorro de energía y empieza de nuevo el ciclo cuando detecta la nueva carga, aproximadamente estos equipos consumen 60kW por mes. La siguiente figura (Figura 8.1) muestra la apariencia de la materia orgánica en su proceso de descomposición.

142

El sistema de desodorización por nano-filtro de Oklin ® es la primera aplicación en el mundo de la tecnología de desodorización microbiológica en un descomponedor de residuos domiciliarios, a diferencia de otros descomponedores que generan metano este método ofrece la conversión de estos agentes contaminantes saliendo CO2 y agua. En la figura 8.1, se ilustra más detalladamente el proceso de descomposición de residuos orgánicos.

Figura 8.1 Proceso de descomposición Fuente: http://www.oklin.co.kr/eng/oklin/decomposition.html,

2010

Otra empresa asiática es Eco-Smart Co. Ltd. es el fabricante líder de descomponedores de desperdicios de comida en Corea, Se utilizan los microorganismos eficaces (EM) en la basura de alimentos (10 Kg) con volteo continuo y la masa

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resultante es el fertilizante automáticamente en un plazo de 72 horas. La temperatura de acción está entre de 40 – 70°C. En la figura 8.2 se presenta un descomponedor de este fabricante cuyas características corresponden a las capacidades mencionadas anteriormente, las medidas son 1000 mm de L x 630 mm de ancho y 750 mm de alto, su peso es de 110 kg y consume una energía media de 300 W.

Especificaciones de Basura de alimento Decomposer.

Se utilizan los microorganismos eficaces (EM) en la basura de alimentos (10 Kg) con cierto volteo continuo y la masa resultante es el fertilizante automáticamente en un plazo de 72 horas. La temperatura del funcionamiento está en el radio de acción de 40 - 70 grados.

El volumen de ECO100 es 10KG. Y, se tienen varios diseños disponibles para un tamaño específico para todos los tipos de necesidades.

Medida: 1000 [L] x 630 [W] x 750 [H] mmPeso: 110 KgEnergía media: 300 W

Tabla 8.1 Medición materia inicialFuente: <http://spanish.alibaba.com/product-free/food-waste-decomposer- 3954054.html>Lugar del origen: Guangdong China (Mainland)

8.1 DESCOMPONEDORES DE BASURA

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Eco-Smart Co Ltd. tiene productos enfocados al reciclaje de Residuos y tecnología de reducción.

Es el fabricante líder de descomponedores de desperdicios de comida en Corea. Preservar nuestro medio ambiente para las próximas generaciones se ha convertido en una preocupación en todo el mundo, en respuesta a esa preocupación, el compromiso de esta empresa es desarrollar y fabricar productos que proporcionan una solución definitiva para la protección de nuestro medio ambiente de la contaminación causada por la actividad humana. En particular, el tratamiento de residuos en la industria alimentaria se ha convertido en el centro de los actuales problemas del medio ambiente. Por lo tanto, estamos dedicados a desarrollar y aplicar tecnologías innovadoras con el fin de evitar la contaminación ambiental de los desechos alimentarios producidos a diario en el mundo.

8.2 SECADO DECOMPOSER

La unidad Eco-Smart DD descompone desechos de comida y la convierte en abono dentro de 10 a 18 horas. Elimina los patógenos, malos olores y plagas asociadas a restos de comida. No requiere aditivos o surtido en los alimentos antes del comienzo del ciclo.

A través del proceso de deshidratación durante el proceso de descomposición, el Eco-Smart DD reduce el volumen y peso de los residuos de alimentos por 85 a 95%. Esta reducción significa un 50% menos de basura.

145

Los diversos modelos de Eco-Smart DD difieren en la capacidad de procesamiento y puede ser del tamaño adecuado para las necesidades de cualquier cocina operación.

Licuefacción Decomposer

El LFD Eco-Smart descompone restos de comida en el agua mediante el uso de microrganismos. Estos convierten la proteína, el material de fibromas, y los acidos grasos contenidos en los residuos de alimentos en el agua. la Eco Smart LFD proporciona una condición óptima para que los microorganismos descompongan los residuos de alimentos en el agua de manera más eficiente.

La Eco-Smart unidades LFD cambio el 98% de los residuos de alimentos en el agua en 24 horas los cuales podrán ser drenados en el sistema de tuberías existentes sin efectos nocivos en el medio ambiente. Esto le permite reducir el coste de eliminación de residuos en un 40% y disminuye en un 70% la cantidad de residuos que se transportan a los vertederos.

8.3 FERMENTATIVA DECOMPOSER

El equipo Eco-Smart FD, descompone restos de comida en abono mediante el uso de microorganismos. La Eco-Smart unidades FD cambian el 80-90% de los residuos de comida en

146

abono, que luego puede usarse de manera segura como enmiendas del suelo o como abono natural para la jardinería o la agricultura.

Los diversos modelos de Eco-Smart difieren en la capacidad de procesamiento y puede ser del tamaño adecuado para las necesidades de cualquier operación de cocina.

8.4 MOLIENDA Y COMPACTACIÓN

Esta unidad tritura y compacta todo tipo de residuos de alimentos mediante el uso de sistema de tornillo. Reduce 60% - 80% del volumen de los residuos de alimentos.

8.5 CONTROLADOR DE TEMPERATURA.

Las condiciones de operación como lo son el tiempo y la temperatura, se variaron entre rangos de 36 a 60 horas y 50°C a 60°C, las cuales fueron establecidos por los criterios presentados en el marco teórico del manejo de los residuos y sus etapas apropiadas para la producción de biofertilizante, utilizando un control sobre el sistema.

Para el controlador de temperatura se cuenta con los siguientes elementos:

Controlador 5 P&D

147

Realiza un control Integral Proporcional y derivativo generando una curva de temperatura muy estable, este controlador tiene un rango de exactitud de +o- 1°C.

Este tipo de controlador (figura 8.4) tiene dos tableros en los cuales se muestra la temperatura a la que está el material y la temperatura a la cual se desea que se encuentre. Posee un botón de alarma el que se enciende en caso de que el material este dos grados centígrados por debajo o por encima de la temperatura a controlar. El set point se gradua dependiendo del ensayo y la temperatura a trabajar.

Figura 8.4 ControladorFuente: Autores

Termocupla

La termocupla usada en la fabricación del biotransformador fue una tipo K con 2000 mm de longitud, la cual se puede observar en la figura 8.5, esta tiene como función ser el sensor de temperatura a la que se encuentra el material. Y sus contactores mandaran la señal al tablero de control el cual reporta digitalmente el valor.

148

Figura 8.5 Termocupla o Termopar.Fuente: Autores

Se realiza una perforación para el paso de la termocupla y esta fue asegurada a través de una prensa-estopa plástica, al cual se acopla un dispositivo de fijación tipo bayoneta y bulbo sellado que se muestra en la figura 8.6.

Figura 8.6 Sensor de Temperatura Instalado al sistema.Fuente: Autores

149

Sistema eléctrico y Resistencia

El sistema eléctrico hace que se tenga un control sobre la resistencia (ver figura 8.7), inicialmente la resistencia estaba sometida a 3 niveles de Temperatura alto, medio y bajo. Al realizar la adecuación se realizaron conexiones de modo que se pudiese controlar el sistema de calentamiento de la greca en el nivel bajo. Lo que hace este sistema es por medio del controlador dejar de calentar la resistencia si el material está por encima de la temperatura que se quiere o calentar si se encuentra por debajo, hasta que el proceso se estabilice.

Figura 8.7 Sistema eléctrico de la resistencia.Fuente: Autores

8.6 SISTEMA DE AGITACIÓN.

El material del agitador es de acero inoxidable grado alimentos ver figura 8.8. Para el agitador en el eje principal se realizó

150

una rosca izquierda para mejorar la circulación del material a trabajar; se realizaron dos perforaciones a través de las cuales se insertaron varillas de ¼ de pulgada las cuales fueron figuradas a 45° de inclinación sobre el eje principal y soldadas al mismo. Posteriormente, en el extremo superior se realizó una perforación para alojar el eje del moto reductor, el cual es asegurado por dos tornillos prisioneros de 1/8 de pulgada, dando como resultado la imagen de la figura 8.9.

Figura 8.8 Sistema de agitaciónFuente: Autores

151

Figura 8.9 Sistema de agitación del Biotransformador.Fuente: Autores

En la parte inferior del agitador se realizó un escalonado con ajuste deslizante para ser insertado en el buje de teflón. Este buje en teflón fue modificado en un torno y tiene la apariencia que se muestra en la figura 8.10. Los orificios que se encuentran en el buje en la parte amarilla oscura (ver figura 8.10 b) se realizaron con el fin de que al momento de ingresar el eje principal pudiera salir el material que queda adentro en el momento de ser insertado. La parte más angosta la cual va insertada en el fondo del tanque también posee orificios con el fin de dejar salir los lixiviados (ver figura 8.10 a y c).

Figura 8.10 Buje en TeflónFuente: Autores

Para el sistema de agitación se empleó una moto reductora (figura 8.11) con el fin de mantener la agitación del sistema de

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tal modo que se permitiera la aireación del mismo. Esta moto reductora maneja una velocidad de 60 rpm aproximadamente, 110 Voltios, 60 Hz, con bobinas de campo, con protección contra sobrecarga y autoventilado.

Figura 8.11 Motorreductor.Fuente: Autores

8.7 TANQUES DEL BIOTRANSFORMADOR

Para el proyecto llevado a cabo se realizó un montaje en un biotransformador. El montaje para la biotransformación se realizó a partir de la adecuación de una greca la cual puede contener aproximadamente 4 L, consta de un sistema de agitación motorizado, control de Temperatura, válvulas para obtener lixiviados y el agua refrigerante con visor de nivel. Cada uno de estos constituyentes se explica a continuación.

153

Se eligió la greca como medio de biotransformador ya que cuenta con características apropiadas para la realización del proyecto unas de esas propiedades son las siguientes:

Su material de fabricación es de acero inoxidable el cual permite el manejo de materiales corrosivos. Posee un sistema de enchaquetado el cual le permite al recipiente interno mantener la temperatura constante. Tiene una resistencia que se encuentra sumergida en agua que le proporciona calor al sistema. Posee válvulas de recuperación tanto de lixiviados como de agua. Tiene Visores de nivel para los lixiviados y el agua.

La imagen del sistema interno de la greca con las adecuaciones realizadas se muestra a continuación en la figura 8.12

Figura 8.12 Vista en corte del biotransformador.

154

Fuente: Autores

El fondo de la greca se muestra en la figura 8.13, donde va inserto el buje en teflón que le da estabilidad al agitador para que no se mueva por trabajar con materiales pesados.

Figura 8.13 Fondo de la greca.Fuente: Autores

La adecuación de la greca se llevó a cabo en el grupo de investigación, en el cual se realizó el montaje de los implementos y la puesta en marcha de algunos ensayos con agua para mirar el comportamiento del sistema, dando óptimos resultados en la estabilización del sistema. La imagen del biotransformador ya terminado se muestra en la figura 8.14.

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Figura 8.14. Biotransformador.Fuente: Autores

El biotransformador para la planta a escala industrial se puede realizar a partir de una marmita autogeneradora de vapor con funcionamiento a gas, su tapa debe ser automatizada y en ella se le instalan el motor y el agitador del sistema, las partes de una marmita de este tipo se muestran en la figura 8.15, y la vista superior se puede observar en la figura 8.15.

Figura 8.15 Partes de una marmita auto generadora de vapor a gas. Fuente: /http:/www.pallomaro.com/blog/marmita- autogeneradora-de-vapor-a-gas-fabricada-en-pallomaro.

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Figura 8.16 Vista superior de una marmita autogeneradora de vapor. Fuente: http:/www.pallomaro.com/blog/marmita

8.8 DIMENSIONAMIENTO DEL VOLUMEN DEL BIOTRANSFORMADOR.

Las dimensiones del biotransformador se muestran en la figura 8.17.

157

Figura 8.17 Medidas de un reactor con sistema de agitación.Fuente: Mc Cabe, Warren. Operaciones unitarias en Ingeniería Química.

Los resultados de las medidas se muestran en la tabla 8.3 y sus cálculos se describen después de esta.

UnidadesVolumen de la mezcla

Vm

3030,5 L

Volumen del reactor Vr

5050,8 L

Diámetro del reactor Dr

1,24 m

Altura del líquido Hl 2,48 mAltura del reactor Hr 4,14 mPlacas deflectoras J 0,1037 m

Tabla 8.3 Dimensiones del biotransformador.Fuente: Autores

El volumen de la mezcla (Vm) corresponde a la cantidad de materia orgánica introducida más la cantidad de agua y de inóculo por la densidad de cada una de estas las cuales

158

corresponden a 1kg/L y 0,98 kg/L respectivamente. Realizando los cálculos para 3,97 Toneladas (3970 kg) de material a biotransformar y teniendo en cuenta los 200 kg de líquido; se puede calcular el volumen de la mezcla sabiendo que la densidad corresponde a un valor de 1376 kg/m 3 del siguiente modo:

Volumende la mezcla= 4170 Kg

1376Kg

m3

Volumende la mezcla=3030,5 L

Para el volumen del reactor (Vr) se toma la siguiente ecuación como referencia:

V r=V m

0,6

V r=3030,5 L

0,6

V r=5050,8 L

En el cálculo del diámetro del reactor (Dr) se tiene en cuenta el volumen de la mezcla en cm3, este cálculo corresponde a:

Dr3=

2 ×V m

π

159

Dr=( 3√ 2× V m

π )Dr=( 3√ 2× 3030500 cm3

π )Dr=124,489 cm→ 1,244 m

La altura de la mezcla (Hm) está dada por:

Hm=V m

π ×Dr

2

4

Hm= 3030500 cm3

π ×124,489 cm2

4

Hm=248,97 cm→ 2,489 m

Para la altura del reactor se tiene la siguiente ecuación:

H r=H m

0,6

H r=248,97 cm

0,6

H r=414,95 cm → 4,14m

160

Para encontrar las placas deflectoras se sigue la ecuación:

JDr

= 112

J=Dr

12

J=124,489 cm12

J=10,37 cm→ 0,1037 m

8.9 DIMENSIONAMIENTO DEL AGITADOR.

Se tuvieron en cuenta los parámetros del libro Operaciones unitarias en Ingeniería Química de Mc Cabe, en el cual se enuncia que para los agitadores industriales de palas se manejan velocidades de giro comprendidas entre 20 y 150 rpm. Se realizó el dimensionamiento para un agitador de 4 palas de la siguiente manera, primero se calculó el diámetro del agitador, y la distancia de las aspas al fondo del tanque, seguido de la longitud del eje del agitador, y luego se encontró las dimensiones para las palas del agitador que se pueden observar en la figura 8.18 (ancho y longitud de las paletas), los resultados se muestran en la tabla 8.4 y sus cálculos se describen posteriormente.

161

Figura 8.18 Ilustración de las dimensiones del agitador.Fuente: Mc. Cabe Operaciones unitarias en Ingeniería

Química, 1981.

Unidades (m)Diámetro del agitador 0,4149Distancia de las aspas al fondo del tanque E

0,4149

Longitud del eje del agitador La

3,73

Ancho de las paletas W

0,08298

Longitud de las paletas L

0,1037

Tabla 8.4 Dimensiones del agitador.Fuente: Mc. Cabe Operaciones unitarias en Ingeniería Química, 1981.

Diámetro del agitador:

Da

Dr

=13

162

Da=Dr

3

Da=1,2448 m

3

Da=0,4149 m

La distancia de las aspas al fondo del tanque es igual al diámetro del agitador según la siguiente ecuación:

Ea

Da

=1

E=Da

E=0,4149 m

Para longitud del eje del agitador se lleva a cabo la resta de la altura del reactor con la distancias de las aspas al fondo del tanque del siguiente modo:

La=H r−E

La=4,1495 m→ 0,4149 m

La=3,73 m

Las dimensiones de las palas del agitador están dadas por el ancho y la longitud de las paletas. El ancho de las paletas corresponde a la siguiente ecuación:

163

WDa

=15

W =D a

5

W =0,4149m5

W =0,08298 m→ 8,298 cm

La longitud de las paletas se encontró de este modo:

LDa

=14

L=Da

4

L=0,4149 m4

L=0,1037 m→ 10,37 cm

REFERENCIAS

164

http://spanish.alibaba.com/product-free/food-waste-decomposer-113954054.html 2011

Mc. Cabe Operaciones unitarias en Ingeniería Química 2010

CAPITULO 9

CARACTERIZACIÓN DE MATERIAS PRIMAS, Y PRODUCTO EN EL PROCESO DE OBTENCION DE

BIOFERTILIZANTES. (MÉTODOS DE ENSAYO)

9.1 MÉTODOS FISICOQUÍMICOSLos métodos de análisis fisicoquímicos del componente orgánico, de los productos clasificados como orgánicos, se basan en su mayoría en metodologías de análisis de suelos y de material vegetal. La razón de esto, es que dichos materiales o bien son de aplicación directa al suelo o bien son de uso como sustratos para siembra directa. En consecuencia los resultados de los parámetros evaluados son comparables y compatibles con los de suelos específicamente en lo relacionado con los aspectos de salinidad y de comportamiento del material orgánico.

9.1.1 Preparación de la muestra y cuantificación de la humedad

La preparación de las muestras de los productos orgánicos, involucra la cuantificación de la humedad, por cuanto todos los métodos se desarrollan sobre la muestra seca, molida y tamizada. Si bien todos los métodos de ensayo fisicoquímicos

165

se realizan sobre la muestra seca, los resultados deberán expresarse en base húmeda.

9.1.1.1 Equipos y materiales

- Estufa de secado

- Molino

- Tamiz No. 35 ASTM (0,5 mm)

- Cuarteador

- Recipientes para secado en estufa de aproximadamente 400 ml

- Balanza (con precisión de 0,01 g)

- Desecador

9.1.1.2 Procedimiento

- Se cuartea la muestra original.

- Se pesa el recipiente vacío en el cual se cuantificará la humedad.

- Se pesa en el recipiente una cantidad de muestra suficiente como para recolectar 300 g de material seco. (Si es necesario se coloca la misma muestra en dos recipientes)

166

- Lleve el recipiente a la estufa de secado y manténgalo a 70 °C durante 24 h.

- Se saca de la estufa, se deja enfriar dentro de un desecador hasta peso constante.

- Se pesa

- Se muele el material en el molino.

- Se tamiza (tamiz No. 35 ASTM (05, mm)).

- Se empaca la muestra en recipientes debidamente rotulados.

9.1.1.3 Método de obtención de la Humedad.

%Humedad = peso muesra humedad−pesomuestra seca

pesomuestra humedadx

100

9.1.2 Cuantificación de la densidad real en productos orgánicos

9.1.2.1 Principio del método

El método se basa en la cuantificación de la masa de producto que se deposita libremente por unidad volumen, en un recipiente de volumen conocido.

167

9.1.2.2 Equipo y materiales

- Balanza (con precisión de 0,01 g)

- Probeta de vidrio de 50 cm3 de capacidad

- Embudo

- Soporte universal

- Pinzas para soporte o aro de hierro

9.1.2.3 Procedimiento

- Pesar la probeta vacía, limpia y seca. Tarar la balanza.

- Se deja caer libremente una cantidad de material (preparado como se indica en el numeral 9.1.1) suficiente para obtener una lectura cercana a 30 cm3. Registrar el volumen ocupado por el material.

- Se determina el peso de la probeta con el material.

- Se realizan tres determinaciones sobre muestras diferentes.

9.1.2.4 Obtención de la densidad.

La densidad del producto se expresa en g/cm y se calcula según la ecuación:

Densidad real =[W 2−W 1V ]

168

En donde:

W1= peso en g de la probeta vacía

W2= peso en g de la probeta con el material

V = volumen ocupado por el material en la probeta, expresado en cm3

El resultado será el promedio de las tres determinaciones.

9.1.3 Cuantificación de la capacidad de retención de agua, pH y conductividad eléctrica en un producto orgánico

9.1.3.1 Principio del método

El método utilizado para evaluar el pH y la conductividad eléctrica de un producto orgánico, es el mismo empleado para la caracterización de la salinidad en suelos, esto es en pasta de saturación. Este método permite tener resultados comparables entre los laboratorios, a la vez que aporta información muy cercana a la realidad, puesto que sólo tiene la influencia del medio acuoso, situación semejante al comportamiento del material al entrar en contacto con el suelo. Sobre el mismo método de análisis es posible obtener información acerca de la capacidad de retención de agua del material (porcentaje de saturación).

A su vez el pH se puede determinar utilizando una relación material orgánico agua, 1:10.

169

9.1.3.2 equipos necesarios para la realización de experimento

- Recipiente de plástico de boca ancha.

- Espátula de madera.

- Papel de filtro cualitativo de filtración rápida tipo S&S 595 u otro equivalente.

- Probeta de 100 ml.

- Potenciómetro con electrodo de vidrio.

- Conductímetro.

- Erlenmeyer con desprendimiento lateral para filtración al vacío.

- Recipientes para recolectar el filtrado.

- Embudo Buchner para vacío.

- Bomba de vacío.

9.1.3.3 Procedimiento Procedimiento para determinar la capacidad de

retención de agua

- Pese aproximadamente 100 g de material preparado como se indica en el numeral 9.1.1, colóquelos en el recipiente plástico.

- Añada pequeños volúmenes de agua destilada o desmineralizada (utilizando una probeta).

170

- Se agita continuamente con la espátula de madera, esto con el fin de eliminar aire y formar poco a poco una masa. De vez en cuando se debe consolidar la muestra golpeando el recipiente suavemente sobre la superficie de trabajo.

- Se adiciona agua hasta llegar a un punto de equilibrio (punto de saturación) cuya evidencia está dada por un contenido de agua suficiente que refleja un brillo metálico sobre la superficie, estado en el cual no absorbe más agua ni la escurre, aunque habrá u n poco de agua libre que asciende a la superficie cuando se deja en reposo.

- Se registra el volumen de agua utilizado. También es posible pesar la totalidad del producto sólido con el agua a punto de saturación.

- Se deja en reposo durante 2 h.

- La pasta no debe acumular agua en la superficie, perder su brillo o endurecerse durante el reposo. Si la pasta es demasiado húmeda se debe agregar más material, registrando el peso adicional, o si es demasiado dura o se ha perdido el brillo se agrega más agua mezclando nuevamente, registrando el volumen de agua añadido.

Procedimiento para medir el pH

- Se calibra el potenciómetro con las soluciones reguladoras de pH 7,0 y pH 4,0 (soluciones buffer)

171

- Se introduce el electrodo de vidrio en la pasta saturada y se registra la lectura.

Procedimiento para medir la conductividad eléctrica

- Se separación del extracto. Se transfiere la pasta a un embudo Buchner o similar con papel de filtro cualitativo rápido y se aplica vacío.

- Se calibra el conductímetro con soluciones estandarizadas de cloruro de potasio 0,01 N y 0,02 N, conductividades aproximadas de 1,36 y 2,70 dS/m respectivamente.

- Se mide la conductividad eléctrica en el filtrado.

- Registre y corrija las lecturas con base en la temperatura. Si el conductímetro no dispone de compensación de temperatura, debe hacerse la corrección a 25 °C por medio de las tablas correspondientes.

9.1.3.4 obtenciones de capacidad de retención de agua Capacidad de retención de agua (porcentaje de

saturación)

Se expresa teniendo en cuenta la siguiente relación:

% Saturación = [ A x 100Wm ](100−% humedad

100 )En donde

172

A = volumen en ml de agua utilizado para alcanzar el punto de saturación

Wm = peso en g de la muestra seca

% humedad = contenido de humedad del producto

pH

Se expresa en unidades de pH.

Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica es la lectura obtenida en el conductímetro con la respectiva corrección por temperatura y se expresa en dS/m.

9.1.4 Cuantificación de cenizas por el método de pérdidas por volatilización

9.1.4.1 Principio del método

Esta determinación es una aproximación del contenido de materia orgánica presente en el producto, considerando que el 100% del producto menos la suma del porcentaje de cenizas, carbonatos y humedad refleja el contenido de materia orgánica. No obstante, es importante verificar la presencia de otros componentes volátiles provenientes principalmente de fuentes nitrogenadas.

9.1.4.2. Equipo necesario.- Balanza analítica

173

- Mufla

- Desecador

- Crisoles de porcelana

9.1.4.3 Procedimiento

- Pese aproximadamente 5 g del material preparado según lo indicado en el numeral 5.1.1, en un crisol de porcelana.

- Se coloca el crisol en la mufla y se deja a 650 °C durante 4 h.

- Al cabo de este tiempo, se deja enfriar y se pasa el crisol a un desecador.

- Se registra el peso final.

9.1.4.4 obtenciones de porcentaje de cenizas presentes en la muestra.

% Cenizas = [ peso finalpesoinicial

x100] [ 100−%humedad100 ]

% pérdida por volatilización = 100 - % cenizas

En donde

% humedad = contenido de humedad del producto

174

9.1.5 Cuantificación de carbonatos

9.1.5.1 Principio del método

El método descrito para la cuantificación de carbonatos se fundamenta en la adición de un volumen en exceso de una solución normalizada de ácido clorhídrico, el cual reacciona con los carbonatos presentes. El exceso de ácido se valora con una solución de hidróxido de sodio normalizada.

9.1.5.2 Equipos y materiales- Balanza analítica.

- Bureta de 25 ml.

- Pipeta aforada de 25 ml.

- Erlenmeyer.

- Estufa.

9.1.5.3 Reactivos- Solución de ácido clorhídrico (HCl) 0,5 N

- Solución de hidróxido de sodio (NaOH) 0,5 N

- Solución de fenolftaleína.

9.1.5.4 Procedimiento- Pese aproximadamente 0,5 g de material preparado como se indica en el numeral 5.1.1, en un erlenmeyer.

175

- Se adiciona 25 ml de HCl 0,5 N.

- Se lleva a ebullición durante 5 min.

- Se deja enfriar y se titula con NaOH 0,5 N en presencia de fenolftaleína.

9.1.5.5 porcentajes de carbonatos en la muestra seca.

%CO 3−¿=[ (VHCL x NHCL )−(VNaOH x NNaOH ) x0.03 x100

Wm ] [100−%humedad100 ]¿

%CaCO3=

[ (VHCL x NHCL )−(VNaOH x NNaOH ) x0.05 x 100Wm ] [ 100−%humedad

100 ]En donde

VHCl =volumen en mL utilizado de solución de ácido clorhídrico

NHCl = normalidad de la solución de ácido clorhídrico

VNaOH = volumen en mL utilizado de solución de hidróxido de sodio

NNaOH = normalidad de la solución de hidróxido de sodio

Wm = peso en g de la muestra seca

176

9.1.6 Cuantificación del carbono orgánico oxidable total

9.1.6.1 Principio del método

El método descrito para la cuantificación del carbono conocido como el método de Walkley Black se fundamenta en la reducción del ión dicromato y el contenido de carbono se mide por el ión dicromato no reducido, en consecuencia es un método indirecto. Esto significa que está sujeto a interferencias tales como cloruros. El método aquí enunciado es volumétrico, sin embargo puede hacerse también colorimétricamente, previa estandarización de la curva respectiva.

9.1.6.2 Equipos y materiales- Balanza analítica

- Erlenmeyer de 250 ml

- Bureta de 50 ml

- Pipetas aforadas de 20 ml y 10 ml

9.1.6.3 Reactivos- Agua destilada

- Solución de dicromato de potasio (K2Cr2O7) 1,0 N

- Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4)

- Acido ortofosfórico concentrado

177

- Solución indicadora de ortofenantrolina o difenilamina

- Solución de sulfato ferroso amónico 0,5 N

9.1.6.4 Procedimiento

- Pese en un erlenmeyer de 250 mL entre 0,1 g y 0,5 g del producto preparado como se indica en el numeral 5.1.1, con aproximación a 0,0001 g.

- Se adiciona 10 mL de solución de dicromato de potasio 1,0 N, se deja en contacto unos minutos y se agregan 20 mL de ácido sulfúrico concentrado. Se agita manualmente durante 1 min y se deja enfriar durante 30 min. A continuación se agrega agua (volumen no mayor de 50 mL ni menor de 20 mL), 5 mL de ácido ortofosfórico y 5 gotas de solución indicadora.

- Si al adicionar la mezcla oxidante (K2Cr2O7 y H2SO4) la solución se torna brillante, se deben duplicar las cantidades añadidas o pesar menos producto verde según sea el caso.

-Se prepara paralelamente un blanco de reactivos (10 mL de K2Cr2O7 1,0 N y 20 ml de H2SO4 concentrado). Este paso permite tener un blanco de reactivos y valora la normalidad de la solución del sulfato ferroso amónico.

- Se titula el blanco de reactivos con la solución de sulfato ferroso amónico. El cambio de color observado será de u n amarillo típico de la solución de dicromato, a un verde brillante. Se registra el volumen (debe ser aproximadamente 20 mL)

178

- Se titulan las muestras objeto del ensayo, con la solución de sulfato ferroso amónico valorada. El cambio de color observado debe ser desde el amarillo (poco o ningún contenido de carbono) o desde un café rojizo hasta color verde brillante.

9.1.6.5 Concentración de sulfatos y carbonos presentes en la muestra Normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico

Normalidad = 10 mL

V

En donde 10 mL = volumen de solución de dicromato 1N usado para el blanco

V = volumen en ml de solución de sulfato amónico gastado en la titulación.

Contenido de carbono orgánico oxidable total del producto

%C.O.OX = [ (VbxVm ) xNx 0.03x 100Wm ] [100−%humedad

100 ]En donde

Vb = volumen en mL de solución de sulfato ferroso amónico gastado en el blanco

179

Vm = volumen en mL de solución de sulfato ferroso amónico gastado en la muestra

N = normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico

Wm = peso en g de la muestra seca

% humedad = contenido de humedad del producto

NOTA Se debe tener en cuenta el valor de la densidad en caso de haber tomado un peso de muestra.

9.1.7 Cuantificación de la capacidad de intercambio catiónico (C.I.C)

9.1.7.1 Principio del método

El método descrito es el del acetato de amonio 1 N pH 7,0 el cual presenta algunas ventajas sobre los demás métodos conocidos. Se basa en el remplazo de las posiciones de intercambio por el ión amonio y su posterior desplazamiento con una solución de cloruro de sodio, produciendo cloruro de amonio el cual en presencia de formaldehído forma estequiométricamente un complejo nitrogenado y ácido clorhídrico el cual es evaluado con hidróxido de sodio.

9.1.7.2 Equipos y materiales- Balanza

- Frascos de vidrio o plástico de 250 mL

- Varillas de vidrio

180

- Bomba de vacío

- Embudos Buchner de porcelana

- Erlenmeyers con desprendimiento lateral

- Bureta

- Agitador recíproco

9.1.7.3 Reactivos- Solución de acetato de amonio 1N pH 7,0

- Etanol 95 %

- Solución de cloruro de sodio (NaCl), 10 %

- Solución de formaldehído, 37 % neutralizada

- Solución de hidróxido de sodio (NaOH), 0,1N valorada

- Fenolftaleína

9.1.7.4 Procedimiento- Pese en un frasco 5 g de muestra preparada como se indica en el numeral 5.1.1.

- Se adiciona 100 ml de acetato de amonio 1N pH 7,0

- Se agita durante 2 h en agitador recíproco o con una varilla de vidrio y se deja en contacto durante la noche.

- Se filtra al vacío

181

- Se lava lentamente el residuo sobre el embudo con 5 porciones de 10 ml de acetato de amonio.

- Luego se lava con 5 porciones de 10 ml cada una de etanol al 95 %.

- Se sustituye el erlenmeyer por otro limpio.

- Se lava con 5 porciones de 10 ml cada una, de solución de NaCl al 10 %.

- Desconecte el erlenmeyer y adicione al filtrado 10 ml de formaldehído al 37 %, unas gotas de fenolftaleína y titule con NaOH 0,1N.- Se lleva simultáneamente un blanco de reactivos.

9.1.7.5 capacidad total de intercambio catiónico en la muestra analizada.C.I.C.cmol(+)kg-1(me/100g) =

[ (VNaOH muestra )−(VNaOH blanco ) xNNaOH x 100Wm ] [ 100−%h umedad

100 ]En donde

VNaOH muestra = volumen en mL de NaOH empleado en la titulación de la muestra

VNaOH blanco= volumen en mL de NaOH empleado en la titulación del blanco

NNaOH = normalidad de la solución de NaOH

182

Wm = peso en g de la muestra seca

% humedad = contenido de humedad del producto

9.1.8 Cuantificación del nitrógeno total, nitrógeno orgánico, nitrógeno nítrico y nitrógeno amoniacal en materiales clasificados como orgánicos y orgánico minerales

Se determinan de acuerdo con lo indicado en las NTC 370, NTC 208, NTC 209 y NTC 211, teniendo en cuenta que se parte de una muestra de ensayo preparada como se indica en el numeral 5.1.1.

9.1.9 Cuantificación de fósforo y potasio en productos clasificados como orgánicos

9.1.9.1 Principio del método

Los métodos de análisis para la cuantificación de los elementos minerales presentes en un producto orgánico, son los establecidos para cuantificar los mismos, en un material vegetal.

Para tal efecto existen diferentes métodos, el aquí descrito es un método definido como mineralización por vía seca. Por este método es posible cuantificar fósforo, potasio, calcio, magnesio, sodio, hierro, cobre, manganeso, zinc, boro y azufre. Sin embargo estos elementos también se pueden determinar por mineralización vía húmeda.

183

9.1.9.2 Equipos y materiales- Balanza analítica.

- Mufla.

- Crisoles de porcelana.

- Plancha de calentamiento.

- Balones aforados de 50 ml.

- Embudos.

- Papel de filtro cualitativo.

9.1.9.3 Reactivos- Ácido clorhídrico concentrado (HCl).

9.1.9.4 Procedimiento- Pese de 2,0 g a 2,5 g de muestra seca, molida y tamizada, en el crisol de porcelana.

- Se calcina en la mufla a 650 C durante 4h.

- Se deja enfriar.

- Se humedece con agua destilada.

- Luego se adiciona 2 mL de HCl concentrado.

- A continuación se coloca sobre la plancha de calentamiento y se evapora lentamente hasta sequedad, evitando salpicaduras.

184

- Se agrega 2 ml de agua destilada y 2 mL de HCl concentrado.

- Se calienta suavemente sin permitir que se seque. Deje enfriar.

- Se transfiere cuantitativamente a un balón aforado de 50 ml (puede o no ser necesario filtrar). Se lleva a volumen.

- Sobre este extracto se cuantifica el fósforo y el potasio.

9.1.9.5 Cálculos

Los cálculos se realizan de acuerdo con lo establecido en las NTC 202 y NTC 234.

9.1.10 Cuantificación de Fósforo, Potasio, Calcio, Magnesio, elementos menores y metales pesados en productos clasificados como orgánico-minerales y en enmiendas orgánicas no húmicas.

9.1.10.1 Principio del método

Para los productos orgánico-minerales, el método de mineralización de los elementos tiene en cuenta su presencia en el material orgánico como en el mineral. Para el primer tipo de nutrientes se requiere un agente oxidante y en el caso de los de origen mineral es suficiente la digestión con ácido clorhídrico. A su vez, con esta muestra es posible cuantificar los metales pesados tales como el Cadmio, Plomo, Cromo, Níquel, Mercurio y Arsénico, empleando los mismos métodos

185

con los que se cuantifican en suelos. La muestra se mineraliza en una mezcla de ácido nítrico y clorhídrico (agua regia) y se evalúan por absorción atómica o por otro método equivalente.

9.1.10.2 Equipos y materiales- Balanza analítica.

- Plancha de calentamiento.

- Balones aforados de 50 ml.

- Embudos.

- Papel de filtro cualitativo.

9.1.10.3 Reactivos- Ácido clorhídrico (HCl) concentrado.

- Ácido nítrico (HNO3) concentrado.

- Los demás reactivos especificados en las NTC 1860, NTC1369, NTC 234 y NTC 202.

9.1.10.4 Procedimiento- Se pesan aproximadamente 5 g de la muestra preparada como se indica en el numeral 9.1.1.

- Se adicionan 35 ml de agua regia (HCl : HNO3) (3 :1).

- Se coloca sobre una plancha de calentamiento y se evapora lentamente hasta sequedad.

- Se adicionan 15 ml de agua regia.

186

- La mezcla se calienta durante 30 min más y se deja enfriar.

- Se adicionan 100 ml de agua y se filtra empleando papel de filtro cualitativo previamente pesado.

- Se lava el papel de filtro con agua destilada o desmineralizada.

- El papel de filtro junto con el residuo se seca en estufa a 80 °C, hasta peso constante.

- El filtrado se lleva a 250 ml con agua destilada y se cuantifica el contenido de fósforo, potasio, calcio, magnesio y los elementos menores de acuerdo con lo establecido en las NTC 1860, NTC 1369, NTC 234, NTC 202.

- Los metales pesados se cuantifican por absorción atómica o un método equivalente.

9.1.10.5 cantidades de insolubilidad de la muestra en ácidos

Residuo insoluble en ácido

% Residuo insoluble en ácido =

[W 3−W 2W 1

x100 ][ 100−% humedad100 ]

En donde

W1 = peso en g de la muestra seca

187

W2 = peso en g del papel filtro

W3 = peso en g del papel filtro junto con el residuo seco

% humedad = contenido de humedad en el producto

Fósforo, calcio, magnesio y elementos menores

Los cálculos se realizan de acuerdo con lo indicado en las NTC 1860, NTC 1369, NTC 234 y NTC 202.

9.1.11 Determinación de la fracción húmica

Por definición las materiales húmicos son de origen pedogenético y analíticamente es la fracción de materia orgánica (carbono orgánico) extraíble o soluble en medio alcalino.

En la actualidad, los productos cuyo componente principal son las sustancias húmicas, se comercializan en dos presentaciones: sólidos y líquidos

9.1.11.1 Determinación de la fracción húmica en enmiendas orgánicas húmicas sólidas

Cuantificación del carbono orgánico del Extracto Húmico Total (CEHT) y de la solubilidad en medio alcalino

1. Principio del método

188

El extracto húmico total se define como el contenido de carbono total extraíble en medio alcalino sobre un material de origen pedogenético, esto es de un suelo, de una leonardita o de un carbón oxidado químicamente.

La marcha analítica, está diseñada para llevar el material orgánico húmico sólido a las condiciones fisicoquímicas bajo las cuales se comercializan las enmiendas orgánicas húmicas líquidas.

2. Equipos y materiales

- Agitador

- Erlenmeyer de 250 ml

- Embudos de vidrio

- Papel de filtro cualitativo rápido (S&S 595) o centrífuga

- Tubos para centrífuga

- Pipetas aforadas de 2 ml y 5 ml

- Vasos de precipitados de 400 ml y 100 ml

- Baño de agua

- Bureta de 25 ml

- Recipientes de plástico para agitación

3. Reactivos

189

- Agua destilada o desmineralizada.

- Solución de hidróxido de potasio (KOH) del % p/v

- Solución de dicromato de potasio (K2 Cr2 O7) 1,0 N

- Ácido sulfúrico concentrado (H2 SO4)

- Acido ortofosfórico concentrado

- Solución indicadora de ortofenantrolina o difenilamina

- Solución de sulfato ferroso amónico 0,5 N

4. Procedimiento

- Se pesan 15 g del producto preparado como se indica en el numeral 5.1.1 y se adicionan 100 ml de solución de KOH del 4 % p/v.

- Se agita durante 2 h en agitador recíproco.

- Se filtra con papel cualitativo rápido o se centrífuga. Por cualquiera de los dos métodos se obtiene un sobrenadante y un residuo insoluble.

- El residuo insoluble se somete a lavados sucesivos con agua sobre un embudo de filtración hasta fin de alcalinidad. Se seca en estufa a 50 °C y se pesa.

- Del sobrenadante obtenido se toma una alícuota de 2 ml en un erlenmeyer de 125 mL y se evapora en baño de María a 50 °C (se debe tener cuidado que la temperatura no se exceda de

190

los 70 °C), o sobre plancha de calentamiento cuidando que no se produzcan salpicaduras.

- Se adiciona la mezcla oxidante (K2Cr2O7 y H2SO4) y una vez frío se procede

5. Cálculos

Cálculo de la solubilidad del producto en medio alcalino

% sólidos solubles en medio alcalino =

[ WRWm

x 100][ 100−%humedad100 ]

En donde

WR = peso en g del residuo seco

Wm= peso en g de la muestra seca

Distribución del carbono del extracto húmico total

% C EHT =

[ (Vb−Vm) xNx0.003 x100 x100AxWm ] [100−%humedad

100 ]

191

En donde % C EHT = gramos de carbono del extracto húmico total por 100 g de producto húmedo.

Vb = volumen en ml de solución de sulfato ferroso amónico utilizado en el blanco

Vm = volumen en ml de solución de sulfato ferroso amónico utilizado en la titulación de la muestra

N = normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico

100 = volumen en mL de solución extractante de KOH

A = Alícuota de la solución problema

Wm = peso en g de la muestra seca

% humedad = contenido de humedad del producto

6. Carbono orgánico en los ácidos húmicos %C AH

Principio del método

El carbono de los ácidos húmicos es el contenido de carbono precipitable a pH 2 a partir del extracto húmico total es decir del extracto en medio alcalino. De igual manera el contenido de carbono que no es precipitable a pH 2 y que se mantiene en solución se denomina carbono de ácidos fúlvicos.

Equipos y materiales

- Centrífuga o embudos de vidrio

192

- Papel de filtro cualitativo rápido

- Vasos de precipitados de 250 ml

- Potenciómetro

Reactivos

- Agua destilada

- Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4)

Procedimiento

- Se toma una alícuota de 25 mL del extracto húmico total en un vaso de precipitados y se adiciona ácido sulfúrico concentrado hasta pH 2.

- Se coloca el vaso de precipitados con la solución a 4 °C por 24 h. Al cabo de este tiempo se centrifuga por 15 min a 4.000 rpm o se filtra.

- Si se centrífuga, se pasa el precipitado con agua destilada ayudado por un frasco lavador de chorro fino, a un vaso de precipitados de 50 mL. En caso de filtrar se procede de igual manera.

- Se seca el precipitado a 50 °C en baño de María y se pesa.

- Se toma 0,1 g del precipitado seco y se procede como en el numeral 5.1.6.4.

Cálculos.

193

% CAH =

[ (Vb−Vm) xNX 0.003 xWtx 100 mLx 100 g0.1 gx 25 mLx 15 g ][ 100−% h umedad

100 ]En donde

% CAH = gramos de carbono de ácidos húmicos por 100 g de muestra

Vb = volumen en mL de la solución de sulfato ferroso amónico gastado en el blanco

Vm = volumen en mL de la solución de sulfato ferroso amónico gastando en la titulación de la muestra

N = normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico

W = peso total del residuo en g % humedad = contenido de humedad del producto

Carbono orgánico en Ácidos Fúlvicos

%C AF % C AF = % CEHT - % CAH

9.1.11.2 Determinación de la fracción húmica en las enmiendas orgánicas húmicas líquidas.

Cuantificación del carbono orgánico del extracto húmico total

1. Equipos y materiales

194

Se emplean los equipos y materiales antes usados

2. Reactivos

- Agua destilada o desmineralizada.

- Solución de dicromato de potasio (K2Cr2O7) 1,0 N

- Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4)

- Acido ortofosfórico concentrado

- Solución indicadora de ortofenantrolina o difenilamina

- Solución de sulfato ferroso amónico 0,5 N

3. Procedimiento

- Se homogeniza y verifica el pH.

- Se cuantifica el potasio.

- Se toma una alícuota de 2 ml en un erlenmeyer de 125 mL y se evapora en baño de María a 50 °C (se debe tener cuidado que la temperatura no se exceda de los 70 °C), o sobre plancha de calentamiento cuidando que no se produzcan salpicaduras.

- Se adiciona la mezcla oxidante (K2Cr2O7 y H2SO4) y una vez frío se procede como se describe en el numeral 5.1.6.4

4. Cálculos

195

g.L-1 CEHT = (Vb−Vm ) xNx 0.003

A x 1000

En donde g/L CEHT = gramos de carbono de extracto húmico total por litro de producto.

Vb = volumen en mL de solución de sulfato ferroso amónico gastado en el blanco

Vm = volumen en mL de solución de sulfato ferroso amónico gastado en la titulación de la muestra

N = normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico

100 = volumen en mL de solución extractante de KOH

A = Alícuota de la solución problema

Distribución del carbono de extracto húmico total

1. Carbono orgánico de ácidos húmicos g/l C AH

Procedimiento

Se realiza de acuerdo con lo indicado en el numeral 9.1.11.1.2.1.

Cálculos

g.L-1 CAH = (Vb−Vm ) x N x 0.003 x1000

0.1 g x25

196

En donde g/L CEHT = gramos de carbono de ácido húmico por litro de producto.

Vb = volumen en mL de solución de sulfato ferroso amónico gastado en el blanco

Vm = volumen en mL de solución de sulfato ferroso amónico gastado en la titulación de la muestra

N = normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico.

2. Carbono orgánico de ácidos fúlvicos g.L-1 C AF

g.L-1 C AF = g / l CEHT - g / l CAH

9.2 MÉTODOS MICROBIOLÓGICOS

9.2.1 Enriquecimiento, aislamiento y detección de salmonella

1. Enriquecimiento previo no selectivo (regeneración) Pese 25 g de muestra y viértalos en un erlenmeyer con 225 ml de caldo lactosado haciendo una suspensión. Incube a 35 °C durante 24 h - 48 h.

2. Enriquecimiento selectivo

197

En un erlenmeyer se disuelve 1,38 g de caldo tetrationato en 30 ml de agua destilada, se mezcla y calienta hasta ebullición (NO UTILIZAR AUTOCLAVE), se enfría y cuando alcance los 45 °C agregar solución de yodo. Se mezcla todo y se adicionan 10 ml en dos o tres tubos previamente esterilizados.

Preparación de la solución de yodo: se pesa 0,18 g de yodo y 0,15 g de yoduro de potasio, todo esto se adiciona a los 30 ml de caldo tetrationato. (Si se tiene la solución de yodo preparada, se adicionan 0,6 ml de esta solución a los 30 ml de caldo tetrationato)

9.2.1.1 Procedimiento

- Después de la incubación del caldo lactosado más los 25 g de muestra por 24 h – 48 h, se toma 1 ml de esta solución y se lleva a los tubos con caldo tetrationato (1 ml por cada tubo). Tratar de adicionar el mililitro cuando el medio esté más o menos a 30 °C - 35 °C. Se incuba de 24 h a 48 h a 37 °C.

- Aislamiento: se toma una asada llena de inóculo de cada uno los tubos con el caldo y se extiende sobre medios de cultivo sólidos (agar Bismuto Sulfito o agar Salmonella - Shigella), hasta agotar la muestra, de tal forma que se puedan obtener colonias aisladas. Se incuba a 37 °C durante 24 h a 48 h.

9.2.1.2 Lectura

198

En agar bismuto sulfito: colonias pardas con el centro negro, borde claro, precipitado negro con brillo metálico alrededor de las colonias: Salmonella paratyphi A y Salmonella pollorum. En agar Salmonella – Shigella: Colonias incoloras: Shigellas y la mayoría de Salmonellas.

Transparentes con el centro negro: Proteus y algunas Salmonellas. Salmonella, excepto Reportar los resultados como presencia – ausencia de Salmonella en 25 g de muestra.

9.2.2 Recuento total de microorganismos mesófilos facultativos (Método estándar de recuento en placa por siembra en profundidad).

9.2.2.1 Equipos y materiales- Balanza analítica.

- Estufa de incubación.

- Contador de colonias.

- Pipetas de 1 ml y 10 ml estériles.

- Cajas de petri estériles.

- Recipientes de vidrio resistentes a la temperatura de la autoclave.

- Instrumentos para preparar la preparación de muestras: cuchillos, pinzas, espátulas. Todo el material debe estar previamente esterilizado.

199

9.2.2.2 Reactivos- Agua peptonada al 0,1 %: frascos con 90 ml y tubos con 9 ml, estériles.

- Agar para recuento en placa, fundido y enfriado a 48 °C ± 2 ºC.

9.2.2.3 Procedimientoa) Preparar las muestras y las diluciones de los homogenizados de la siguiente manera:

- Pese 10 g de muestra representativa.

- Se añade 90 ml del diluyente (agua peptonada) y se mezcla durante 2 min como máximo.

- Se deja la mezcla en reposo, a temperatura ambiente, durante 15 min. De esta manera se obtiene la dilución 10-1.

- Se mezcla nuevamente el contenido de la primera dilución agitando y se toma con pipeta una alícuota de 1 ml y se lleva a un tubo con 9 ml del diluyente (agua peptonada). Se mezcla con otra pipeta diferente para homogeneizar la muestra. Esta es la dilución 10 -2. - Se continúa preparando el número de diluciones necesarias.

b) Siembra de las muestras:

200

- Se toma con pipeta y por duplicado, en cajas de petri, alícuotas de 1 ml de las diluciones 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5 y 10-6. Estas diluciones se recomiendan cuando no se conozca previamente el número aproximado de microorganismos presentes en la muestra. Otras veces se escogen aquellas que por experiencia permiten realizar adecuadamente los conteos.

- Inmediatamente después de adicionar la alícuota, se agrega a cada placa de petri 12 ml a 15 ml de agar de cuenta gérmenes, fundido y mantenido entre 45 °C a 48 °C.

- Luego se mezclan de manera homogénea el inóculo con el agar, agitando las placas en varias direcciones con movimientos cortos pero firmes; de esta manera se asegura que las colonias se separen y se puedan contar fácilmente.

9.2.2.4 Lectura y cálculos de recuento

- Seleccione las placas de una misma dilución que presente entre 30 y 300 colonias.

- Utilizando el contador de colonias, se cuentan todas las colonias.

- Se calcula el número de colonias visibles por gramo de muestra.

9.2.3 Recuento total de hongos y levaduras

9.2.3.1 Equipos y materiales- Balanza analítica.

201

- Contador de colonias.

- Baño de María a 50 °C.

- Cajas de petri estériles.

- Pipetas de 1 mL y 10 mL estériles.

- Recipientes de vidrio, resistentes a la temperatura de la autoclave.

- Instrumentos para preparar las muestras: cuchillos, pinzas, tijeras, espátulas.

Todo el material debe estar previamente esterilizado.

9.2.3.2 Reactivos- Agua peptonada al 0,1 % estéril: frascos con 90 ml y tubos con 9 ml. - Oxitetraciclina – Gentamicina – Extracto de Levadura – Agar (Agar OGY) fundido y mantenido entre 46 °C a 48 °C.

9.2.3.3 Procedimiento

a) Se preparan las muestras y las diluciones de los homogenizados de la siguiente manera:

- Se pesa 10 g de la muestra.

- Se añade 90 ml del diluyente (agua peptonada) y se homogeneiza o mezcla por 2 min como máximo.

202

- Se deja la mezcla en reposo, a temperatura ambiente durante 15 min. De esta manera se obtiene la dilución 10-1.

- Se mezcla nuevamente el contenido de la primera dilución agitando, y se toma con pipeta una alícuota de 1 ml a un tubo con 9 ml del diluyente (agua peptonada). Se mezcla con otra pipeta diferente para homogeneizar la muestra. Esta es la dilución 10-2.

- Se continúa preparando el número de diluciones necesarias.

b) Siembra de las muestras:

- Se toma con una pipeta por duplicado, en placas de petri, alícuotas de 1 ml de las diluciones 10-1 , 10-2 , 10-3 , 10-4 , 10-5 y 10-6 . Las citadas diluciones se aconsejan en los casos en que no se conozca previamente el número aproximado de microorganismos presentes en la muestra; pero puede modificarse siempre que lo aconseje la cantidad de microorganismos esperados.

- Inmediatamente después de adicionar la alícuota, se agrega a cada placa de petri 12 mL a 15 mL del medio oxitetraciclina-gentamicina-extracto de levadura.

- Se mezcla el inóculo con el agar, inclinando y girando las placas.

- Como prueba de control de la esterilidad, se vierte una cantidad de medio de cultivo sobre una placa de petri sin muestra (marcarla como ―Control‖).

203

- Se dejan las placas sobre una mesa en reposo hasta que se solidifique el agar.

- Se invierten las placas y se incuban a temperatura de laboratorio (temperatura ambiente) durante 3 a 5 días.

9.2.3.4 Lectura y cálculos de recuento

- Se seleccionan las placas de una misma dilución que presente entre 30 y 300 colonias.

- Utilizando el contador de colonias, se cuentan todas las colonias.

- Se calcula el número de hongos y levaduras visibles por gramo de muestra.

9.2.4 Recuento de entero bacterias

9.2.4.1 Equipos y materiales- Balanza analítica.

- Estufa de incubación a 35 °C - 37 °C.

- Contador de colonias.

204

- Instrumentos para preparar muestras: espátulas, tubos de ensayo, pipetas de 1 ml, cajas de petri (100 mm x 15 mm) estériles.

9.2.4.2 Reactivos- Agar-cristal violeta-rojo neutro-bilis-glucosa.

- Bactident-oxidasa.

9.2.4.3 Procedimiento

- Se disuelven 10 g de la muestra en 90 ml del diluyente (agua peptonada) se deja en agitación durante 5 min (Esta es la dilución 10-1). Con pipeta de 1 mL se mezcla con cuidado aspirando varias veces.

- Se transfiere 1 mL de la dilución 10 en un tubo con 9 ml de diluyente, se descarta la pipeta, esta es la dilución 10-2.

- Se repiten los dos últimos pasos hasta realizar el número de diluciones necesarias.

- Se toma con la pipeta y por duplicado en placas de petri, alícuotas de 1 mL de la serie de diluciones.

- A continuación se agrega aproximadamente 10 mL del medio cristal violeta rojo neutro - bilis-glucosa, fundido enfriado a 46 °C - 48 °C, a cada una de las placas.

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- Se mezclan las diluciones con el medio, inclinando y girando las placas en varias direcciones.

- Como prueba de esterilidad, se vierte una cantidad de medio de cultivo sobre una placa de petri sin muestra (control).

- Se dejan las placas sobre la mesa hasta que el medio se solidifique.

- Una vez solidificado el medio de las placas se agrega otra vez, aproximadamente 8 ml del medio fundido y enfriado a 46 °C - 48 °C.

- Después de solidificada esta nueva etapa, se invierten las placas y se incuban a 35 °C - 37 °C durante 21 h +/- 3 h.

9.2.4.4 Lectura y cálculo de los recuentos

Se seleccionan las placas que contengan entre 30 y 300 colonias violetas, rodeadas por precipitado rojo violeta.

- Se toman mínimo tres colonias y se realiza a cada una de ellas la prueba de la oxidasa.

- Se calcula de acuerdo a las diluciones, el número de enterobacterias viables por gramo de muestra.

9.3 INFORME DE LOS ENSAYOS

El informe de los ensayos deberá incluir los siguientes datos:

- Identificación de la muestra.

206

- Condición física de la muestra.

- Referencia al método utilizado.

- El resultado y el método de expresión.

- Cualquier característica inusual durante la determinación.

REFERENCIAS

Norma Técnica Colombiana, NTC 370. Abonos o fertilizantes. Determinación del nitrógeno total. Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC. Sector 65-Agricultura, 2011.

Norma Técnica Colombiana, NTC 208. Abonos o fertilizantes. Método cuantitativo de determinación del nitrógeno nítrico. Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC. Sector 65-Agricultura, 1999.

Norma Técnica Colombiana, NTC 209. Abonos o fertilizantes. Método de ensayo cuantitativo para la determinación de nitrógeno amoniacal y de nitratos. Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC. Sector 65-Agricultura, 1996.

Norma Técnica Colombiana, NTC 211. Abonos o fertilizantes. Método cuantitativo para determinar el nitrógeno amoniacal por destilación. Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC. Sector 65-Agricultura, 2008.

207

Norma Técnica Colombiana, NTC 202. Abonos o fertilizantes. Métodos cuantitativos para la determinación de potasio soluble en agua, en abonos o fertilizantes y fuentes de materia para su fabricación. Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC. Sector 65-Agricultura, 2001.

Norma Técnica Colombiana, NTC 234. Abonos o fertilizantes. Método de ensayo para la determinación cuantitativa del fósforo. Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC. Sector 65-Agricultura, 1996.

Norma Técnica Colombiana, NTC 1860. Abonos o fertilizantes. Determinación de Boro, Calcio, Cobalto, Cobre, Hierro, Magnesio, Manganeso, Molibdeno, Niquel, Silicio y Zinc por absorción atómica. Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC. Sector 65-Agricultura, 2009.

208

CAPITULO 10

INVESTIGACIONES REALIZADAS PARA LA OBTENCIÓN DE BIOFERTILIZANTES A PARTIR DE

MATERIA ORGÁNICA.

La parte experimental del proyecto se llevó a cabo en la Universidad Nacional de Colombia; Departamento de Química con el grupo de Investigación “Aprovechamiento energético de recursos naturales-APRENA” y en los laboratorios del ICTA; los cuales contaban con los equipos requeridos para el proceso, otros equipos se tuvieron que adaptar por medio del grupo de investigación según las necesidades del proyecto.

10. 1. SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA

Todos los residuos varían mucho en cuanto a calidad, cantidad y ubicación específica, el conocimiento sobre las características es un factor determinante para decidir el tipo de método de degradación adecuado. En cuanto a la tecnología apropiada, es preciso señalar que los estudios tanto en

209

biotecnología aerobia y anaerobia para el tratamiento de los residuos orgánicos se ha continuado durante mucho tiempo. En ambos enfoques, la tecnología está basada en el fenómeno natural de la descomposición microbiológica de la materia orgánica ya sea en condiciones anaerobias o bajo condiciones aeróbicas.

Para este proyecto se establecieron criterios como tipo de degradación, costo, tiempo, uso a nivel piloto y control de las variables, las cuales fueron herramientas para la selección de la alternativa adecuada para el proceso.

A. Tipo de degradación (20%): Este criterio indica si la degradación es realizada naturalmente por los microorganismos o si es necesario ejercer un control para que alcancen las condiciones óptimas de degradación.

B. Costo (30%): Este factor es determinante en la elección de la alternativa ya que involucra los costos de inversión operación y mantenimiento de todo el sistema.

C. Tiempo de operación (15%): El tiempo en el que se realiza un proyecto es un factor clave para la decisión de qué tipo de proyecto se va a realizar teniendo en cuenta el tiempo con el que se dispone para llevarlo a cabo de la mejor manera.

D. Uso a nivel piloto (15%): Las facilidades de que la alternativa puede llevarse a cabo a nivel piloto o laboratorio permiten hacer estudios preliminares y de este modo poder desarrollar la ingeniería básica del proyecto.

210

E. Controlo de Variables (20%): Es un criterio a considerar ya que muchas veces para la degradación natural no se cuenta con control de variables y esto hace que no se tengan datos conforme avanza el proyecto.

Estos criterios han sido cuantificados en el capítulo de resultados y se muestra su respectivo análisis, para la elección de la alternativa. Los criterios se evaluaron de 1 a 5, siendo 1 la calificación más baja y 5 el más alto para cada criterio de selección, en esta matriz se muestran los ponderados de acuerdo a los porcentajes asignados para cada criterio.

10.1.1 InóculoSegún la revisión bibliográfica, el inóculo que se adapta a las características requeridas del proceso fueron los microorganismos eficientes (EM), este inoculo fue obtenido en Fundases el cual es el fabricante, la presentación del producto se muestra en la Figura 10.1

Este producto corresponde a una suspensión concentrada de uso agrícola, cuya composición garantizada se describe a continuación:

* Lactobacillus cassei 1.0 x 106 UFC/ml.

*Saccharomyces cerevisiae 2.0 x 104 UFC/ml.

* Rhodopseudomona palustris 2.5 x 106 UFC/ml.

211

Figura 10.1 Envase y etiqueta del inoculo EM utilizado en el proceso. Fuente: autores

El modo de uso y dosis de aplicación que se especifica en la etiqueta del producto es: Aplicar EM inóculo microbial para compostaje al material picado utilizando un equipo de aspersión. Se deben aplicar 5 Litros de EM por tonelada de material fresco, distribuidos proporcionalmente durante todo el proceso aprovechando los momentos de volteo, mezclando 1 Litro de EM en 9 litros de agua.

En estos microorganismos la temperatura de activación se encuentra en un rango de 30 a 40 °C, donde se facilita la propagación de los mismos. Los microorganismos del EM poseen características útiles en procesos de bioremediación entre los cuales se encuentran la fermentación de la materia orgánica sin la liberación de malos olores, la capacidad de

212

convertir los desechos tóxicos (H2S) en sustancias no toxicas (SO4

=), propiedades desionizantes que favorecen la detoxificación de sustancias peligrosas, quelación de metales pesados, y producción de enzimas como la lignina peroxidasa, entre otras. El proceso de fermentación de la materia orgánica por medio de estos microorganismos para un proceso de tratamiento de aguas residuales, se muestra en la siguiente figura 10.2.

Figura 10.2 Proceso de fermentación de materia orgánica con el uso de EM. Fuente: Chinen, N. y Higa, T. EM treatments of odor, waste water and environmental problems.

213

Según el profesor de Horticultura Higa de la universidad de Ryukyus Okinawa – Japón, quien es el creador del concepto de los microorganismos eficaces; con la tecnología EM se pueden controlar los gases de efecto invernadero porque los hidrocarburos, sulfuros y óxidos son tratados por estos microorganismos, convirtiendo estas sustancias en aminoácidos, oxígeno orgánico y azúcares que fertilizan el suelo, y proveen nutrientes a las plantas.

10.1.2 Diagrama de Flujo del proceso a nivel experimental.

Ya seleccionado el inóculo, se plantea el diagrama de flujo del proceso que se muestra en la figura 10.3, correspondiente para el desarrollo del proyecto a escala laboratorio.

Figura 10.3 Diagrama de flujo

214

10.2. DESARROLLO EXPERIMENTAL A NIVEL LABORATORIO

Para el desarrollo experimental del proceso a nivel laboratorio, se hizo una descripción de cada una de las etapas con sus respectivos equipos, como se muestra a continuación.

10.2.1 Recolección.

La recolección de los residuos se realizó en una bodega de Maxiabastos (ubicada en el Km 18 vía Bogotá-Mosquera), sitio en el cual sus bodegas se encargan de la comercialización de frutas y hortalizas. Se realizó la recolección en este punto para evitar mayor contaminación de los residuos como agentes contaminantes que puedan afectar el proceso como lo son el vidrio y el papel, es por eso que es importante realizar una separación en la fuente antes de ingresar el producto al sistema.

La recolección de los residuos sólidos orgánicos (ver figura 10.4) fue una sola toma de manera significativa para tratar los mismos residuos en todas las pruebas.

215

Figura 10.4 Materia orgánica recolectada.Fuente: autores

Para el muestreo fue necesario contar con los elementos apropiados como lo son guantes de caucho, tapabocas, bata y bolsas negras.

10.2.2. Molienda.

Se utilizó un molino manual corona (ver figura 11.5), el cual está fabricado en hierro fundido y pulido con una recubierta de estaño puro que lo envuelve totalmente de forma uniforme. La capacidad de la tolva de este molino es de 0.65 litros.

216

Figura 10.5 Molino manual. Fuente: autores

Esta operación unitaria se hizo con el fin de reducir el volumen para tratar los desechos, la materia orgánica molida se muestra en la figura 11.6.

Figura 10.6 Materia orgánica molida.Fuente: autores

217

10.2.3. Caracterización microbiológica de la materia orgánica.

Se realizó en el laboratorio de microbiología del ICTA (Instituto Colombiano de Tecnología de Alimentos) en donde se llevaron a cabo los análisis que se muestran en la tabla 10.1 con su respectiva técnica:

Análisis

Técnica

Mesófilos aerobios Recuento en placa INVIMA No.2NPM Coliformes totales N.M.P INVIMA No. 13Recuento de Mohos y levaduras

Según recuento en placa INVIMA No.7

Esporas de clostridium Recuento de esporas Clostridium sulfito reductor INVIMA No. 10

NPM Coliformes Fecales NMP INVIMA No. 14Detección de Salmonella Determinación en 25 g de

alimento. Placa INVIMA No. 18Tabla 10.1 Análisis Microbiológicos para la

caracterización. Fuente: autores

10.2.3.1. Caracterización fisicoquímica de la materia orgánica.

Para llevar a cabo la caracterización fue necesario llevar la muestra molida y seca al laboratorio en el cual se le realizaron los análisis, para ello se hizo el proceso que se muestra en la figura 11.7.

218

Figura 10.7 Esquema para la caracterización fisicoquímica.Fuente: Autores

La caracterización fisicoquímica de la materia orgánica se realizó en el laboratorio Agrosoil Lab en el cual se efectuaron los análisis que se muestran en la tabla 11.2 según su técnica.

Tabla 10.2 Análisis Fisicoquímicos para caracterizar. Fuente: autores

219

10.2.4. Almacenamiento.

Se utiliza una nevera para mantener las muestras a una temperatura entre 5 y 6°C. La nevera usada se muestra en la figura 10.7 y se usó con el fin de mantener la materia orgánica molida durante el transcurso del proyecto, ya que se debía cargar y descargar el equipo con las pruebas necesarias.

Figura 11.7 NeveraFuente: ICTA

10.2.5. Esterilización.

Se realiza la esterilización de las 13 muestras y la muestra a caracterizar en una autoclave ver figura 10.8, y en el proceso se emplea vapor húmedo con el fin de eliminar toda carga patógena de la materia orgánica.

220

Figura 11.8 Autoclave

El rango de manejo de este tipo de equipos es usualmente a una presión de 15 libras que hacen que la temperatura de la cámara interna llegue a 121 °C, este proceso se realiza por lo general por 15 min, pero dependiendo el tipo de material se varía el tiempo de esterilización. Teniendo en cuenta lo anterior se manejaron condiciones de operación muy parecidas a las mencionadas en la literatura a 121°C por 30 min.

10.2.6. Biotransformación.

Se realiza el montaje del biotransformador a partir de una greca la que puede contener aproximadamente 8 L, esta consta de un sistema de agitación motorizado, control de Temperatura y válvulas para obtener lixiviados y el agua refrigerante (cada una de ellas posee un visor de nivel). Se plantea el diseño de Experimentos por el programa DESIGN EXPERT en el cual

221

las variables a controlar son el tiempo de retención en el biotransformador y la Temperatura del proceso las cuales ya están establecidas por bibliografía; este programa arroja un total de 13 ensayos con los distintos niveles de las variables.

Se lleva a cabo la caracterización microbiológica de la materia prima antes del proceso y después de la esterilización con el fin de observar los niveles de patógenos que puede contener la materia orgánica a trabajar.

En el laboratorio AGROSOIL se hicieron los análisis correspondientes a relacionar si cumplen o no con la caracterización del producto final, para parámetros establecidos en las Normas Técnicas Colombianas.

El diseño experimental seleccionado para el proceso fue el de composición central con el fin de encontrar las condiciones experimentales con las que se pueden conseguir el valor extremo de la variable de respuesta, y para hacer la comparación de los resultados en distintos niveles de observación de las variables controladas.

El diseño de Experimentos por el programa DESIGN EXPERT tiene en cuenta las variables a controlar que son el tiempo de retención en el biotransformador en un rango de 36 a 60 horas y la Temperatura del proceso en un rango de 50 a 60 ºC; y la variable de respuesta corresponde al % de carbono orgánico oxidable, el programa da un total de 13 ensayos con los distintos niveles de las variables a controlar, ver tabla 10.3

222

Tabla 10.3 Tabla de ensayos.

La variable de respuesta corresponde al carbono orgánico oxidable que según la NTC 5167 para productos sólidos obtenidos a partir de la estabilización de residuos de animales y/o vegetales, o residuos sólidos urbanos (separados en la fuente) o mezcla de los anteriores, es la cantidad de materia orgánica contenida en el producto como carbono orgánico oxidable total.

10.2.7. Secado

Para llevar a cabo el secado de la materia biotransformada (ver figura 10.9), se realizó en un secador de rodillos (ver figura 11.10) marca REVES con un motor de 220 Voltios, cuyos rodillos son en acero inoxidable (figura 10.11).

223

Figura 10.9 Materia orgánica biotransformada.

Las condiciones de operación del secador son 4rpm máxima y presión mínima de 20 y máximo 40 psi. El secador de rodillos se manejó bajo unas condiciones de operación de 3 rpm y 30 psi, este secador funciona con vapor, el cual proviene de una caldera pirotubular instalada en los laboratorio del ICTA y está diseñado para deshidratar productos alimenticios, la temperatura promedio de los rodillos varía entre 125 y 140 °C lo que le permite al material salir totalmente deshidratado.

224

Figura 10.10 Secador de rodillos.Fuente: ICTA

Figura 10.11 Rodillos. Fuente: ICTA

225

Del secador de rodillos la materia salió con la presentación que se muestra en la figura 10.12.

Figura 10.12 Biofertilizantes.Fuente: autores

10.2.8. Caracterización del producto final

Esta caracterización se efectúa con el fin de verificar el cumplimiento del producto con la NTC 5167 para fertilizantes o abonos orgánicos, en cuanto a lo microbiológico y las propiedades fisicoquímicas.

10.2.8.1. Caracterización microbiológica del producto final.

Los análisis microbiológicos correspondientes al producto final se realizaron en el ICTA, los cuales se muestran en la tabla de la caracterización de la materia orgánica.

226

10.2.8.2 Caracterización fisicoquímica del producto final

Los análisis realizados en este punto corresponden a los mismos efectuados para la caracterización de la materia orgánica que ingresaba al sistema.

10.2.9. Empaque

El empaque se efectúo en bolsas resellables (ver figura 10.13) previamente rotuladas para la identificación del contenido.

Figura 10.13 Biofertilizante empacado.Fuente: autores

10.3 NORMATIVIDAD.

Por medio de las Normas Técnicas Colombianas (NTC), se estipulan cierto tipo de condiciones para la implementación de materiales orgánicos usados como fertilizantes o

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acondicionadores de suelos, entre ellas se consideraron para esta investigación las siguientes:

La NTC 1927 (tercera actualización de 2001) la cual lleva por título: Fertilizantes y Acondicionadores de suelos, en la cual se definen los conceptos relacionados con el título de dicha norma, los nutrientes involucrados, fuentes de materia prima y clasificación. Se enuncia que los fertilizantes o abonos son productos que aplicados al suelo o a las plantas suministran los nutrientes necesarios para su crecimiento y desarrollo.

La NTC 5167 28 Mayo del 2003 que tiene por título: Productos para la industria agrícola, materiales orgánicos utilizados como abonos o fertilizantes y acondicionadores de suelos. En la cual se establecen algunos requerimientos tanto específicos como generales para los productos orgánicos para ser usados como fertilizantes o acondicionadores de suelo, los requisitos se presentan a continuación.

10.3.1. Cronograma de experimentación. La experimentación fue de acuerdo con el cronograma que se presenta en la tabla 10.4.

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Tabla 10.4 Cronograma de experimentación.

En esta tabla se estipulan los tiempos de retención en el biotransformador y la Temperatura a la cual son sometidos cada uno de los procesos, las pruebas que se encuentran de color rojo son las realizadas en el punto óptimo. El tiempo total de las pruebas fue de 26 días (624 horas).

10.3.2. Requisitos Generales.Como requisitos generales la norma establece lo siguiente:

Los productos deben presentarse en forma sólida (granulada, polvos o agregados) o liquida (concentrados solubles, suspensiones o dispersiones). Según la norma correspondiente al tipo de formulación de fertilizante. Todo producto cuyo origen declarado sea materia orgánica fresca debe ser sometido a proceso de transformación que asegure su estabilización agronómica tales como: compostaje o fermentación.

229

Deberá declararse el origen (clase y procedencia) de las materias primas y los procesos de transformación empleados.

10.3.2.1. Requisitos específicosLos productos orgánicos empleados como fertilizantes o abonos y enmiendas del suelo, deben cumplir con los requisitos establecidos en la Tabla 11.5.

Tabla 10.5. Requisitos específicos de calidad para productos orgánicos. Fuente: Norma Técnica Colombiana 5167.

230

Macro contaminantes. En la tabla 11.6, se presentan los límites máximos permitidos para macro contaminantes presentes en los productos sólidos.

Tabla 10.6. Límites establecidos de Macro contaminantes en abonos o fertilizantes y acondicionadores de suelos.Fuente: Norma Técnica Colombiana 5167.

Niveles máximos de patógenos. Los fertilizantes y acondicionadores de suelos deben cumplir con los siguientes requerimientos en cuanto a los microorganismos patógenos

presentes en la tabla 11.7:

Tabla 10.7 Niveles Máximos de Patógenos.Fuente: Norma Técnica Colombiana 5167. Productos para la industria agrícola

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Carga microbiana. Si el fertilizante y acondicionador de suelo presenta microorganismos benéficos se deberá reportar el recuento de microorganismos mesófilos aerobios, mohos y levaduras.

10.4. RESULTADOS Y ANÁLISIS.

10.4.1. MATRIZ DE SELECCIÓN

Tabla 10.8 Matriz de selección.Fuente: autores

Compostaje: Degradación natural, bajos costos de operación, y no existe gran requerimiento de equipos, sus tiempos de operación son largos aproximadamente 3 meses, montaje en

232

sitios abiertos, se puede realizar control de humedad, pero no de aireación.

Vermicompostaje: Degradación natural, bajos costos de operación, utilización de lombrices, 2,5 a 3 meses aproximadamente, experimentación en campo, control de la humedad.

Biodigestión: Es una degradación dirigida, con altos costos de operación, su proceso puede tardar días, se puede realizar a nivel piloto manejando volúmenes pequeños para la degradación y obtención de gases, se tiene control de variables como la Temperatura y Presión del sistema.

Biotransformación con microorganismos controlados: Degradación dirigida y se tiene un mejor manejo de las condiciones adecuadas del proceso, medianos costos de operación, uso a nivel de planta piloto para tener estudios preliminares y poder llevar a escala industrial, su tiempo de operación está dado en horas, se puede ejercer un control sobre variables como lo son Temperatura y tiempo de retención.

En esta matriz (tabla 10.8) se asignaron valores los cuales influyen en la evaluación de cada una de estas técnicas en base a las generalidades expuestas en el capítulo 1, esta asignación se hizo teniendo en cuenta los criterios anteriormente mencionados en el capítulo 2 y se realizó la respectiva comparación en la cual se encontró que la BIOTRANSFORMACION CON MICROORGANISMOS CONTROLADA obtuvo el ponderado más alto por encima de

233

las demás técnicas, por lo tanto fue la alternativa a desarrollar en esta investigación.

10.6 RESULTADO DISEÑO DE EXPERIMENTOS.

Según el diseño de experimentos de composición central en el programa Design expert, dio como resultado el punto de predicción en el cual se puede obtener mejores resultados en cuanto a la variable de respuesta, el cual corresponde a los valores presentados en la tabla 10.9.

Tabla 10.9 Punto óptimo.Fuente: autores

10.7 CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

10.7.1 Caracterización microbiológica

Los resultados microbiológicos según los resultados de análisis de la tabla indica que la materia orgánica tiene cantidades considerables de microorganismos perjudiciales para ser usado como materia prima para la producción del biofertilizantes, es por eso que se plantea en la metodología

234

una esterilización para la reducción de carga microbiana contaminante y que el producto entre en condiciones óptimas a la biotransformación.

Tabla 10.10 Caracterización Microbiológica.Fuente: autores

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10.7.2 Caracterización fisicoquímica.

Los análisis realizados por el laboratorio Agrosoil se hacen con base en las metodologías aprobadas por el ICA y se basan en la Norma Técnica Colombiana 5167. Los resultados de los análisis con su respectiva técnica se pueden observar en la tabla 10. 11

Tabla 10.11 Resultados caracterización fisicoquímica.Fuente: Autores

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Los residuos usados en el proyecto en su mayoría fueron legumbres, frutas y verduras los cuales aportan considerablemente C, N, y adicionalmente también son una buena fuente de potasio y fosforo. Una característica esencial del nitrógeno como elemento fundamental es constituir la base para hacer la síntesis de las proteínas, El Fósforo interviene procesos bioquímicos, y el Potasio tiene gran importancia en la activación de enzimas para las rutas metabólicas.

La relación de C/N inicial corresponde a un valor indicado según bibliografía (C/N entre 20:1 y 50:1), ya que si estuviese por fuera del rango la actividad biológica del biofertilizante disminuiría porque la materia orgánica seria poco degradable por la falta de carbono, lo cual no aplica para este proceso porque su contenido de carbono se considera alto. Si esta relación fuese alta se alargaría más el proceso porque se requeriría de más tiempo para que los microorganismos consuman el carbono, y si fuese bajo el contenido de carbono habría en exceso Nitrógeno que se transformaría en amoniaco y dando así la producción de malos olores. El pH inicial de materiales digeribles, basuras, estiércol, varía generalmente de 5.5 a 7; tomando como referencia el valor del resultado del pH de la caracterización el cual correspondió a un valor de 5,43 se espera que el pH de las pruebas aumente, ya que este incremento es debido a la pérdida de ácidos orgánicos a través de la volatilización (altas temperaturas), a la descomposición microbiana y a la liberación de amoniaco a través de la mineralización del nitrógeno orgánico.

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10.8 RESULTADOS DEL PROCESO

En la tabla 10.12, se muestran los resultados del proceso de biotransformación con su respectiva prueba según la masa inicial que entra al sistema, la masa final y el porcentaje de pérdidas calculado con la siguiente ecuación.

% perdidas=masa inicial−masa final100

Tabla 10.12 Resultados biotransformación.Fuente: autores

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Este porcentaje de pérdidas, corresponde a la cantidad de material que pudo quedarse adherido a los utensilios y también puede considerarse que por ser un medio aerobio con agitación la oxidación es completa lo que hace que se libere energía, agua y CO2.

En este proceso de fermentación del material orgánico los microorganismos convierten los desechos tóxicos como el H2S en sustancias no tóxicas como SO4

2-, ya que por sus propiedades desionizantes se beneficia la disminución de la concentración de las sustancias contaminantes. A su vez el conjunto de azucares, almidones y compuestos nitrogenados son de fácil descomposición por lo que se disminuye parte de la materia orgánica por la acción de estos agentes.

Los microorganismos eficientes tratan los hidrocarburos, sulfuros y óxidos y los convierten en sustancias como aminoácidos, oxigeno orgánico y azucares, lo que hace que se considere el producto final como un buen fertilizante de suelos y plantas.

En el tabla 10.12, se puede observar una pérdida significativa para la prueba 9, 10 y 11, de las cuales 9 y 10 fueron tratadas a Temperaturas bastante superiores a la del punto óptimo y pudo existir un porcentaje mayor de residuos orgánicos que fueron descompuestos de modo tal que generaron mas gases de salida y por ende se disminuyó la masa del fermentado, para la prueba 11 el tiempo de retención fue demasiado corto a comparación del punto de referencia es por eso que los microorganismos no tuvieron el tiempo necesario para

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desarrollar una descomposición óptima y el fermento generado salió con composición mas pastosa que los demás y por eso se adhirió más a los utensilios de modo que su remoción fue dificultosa.

La cantidad de producto biotransformado se puede ver en la figura 10.13, donde se nota que las cantidades mayores fueron obtenidas en las pruebas 8,4 y 1. En los ensayos 1 y 4 el tiempo de retención fue de 60 horas, y en la 8 fue de 48 horas, según estos resultados se puede decir que el tiempo es un factor clave para la determinación de las cantidades de producto que se desea obtener teniendo en cuenta estas relaciones. El fin es obtener la mayor cantidad de producto biotransformado para el posterior secado.

Figura 10.13 Masa final biotransformada

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Fuente: autores

En la tabla 10.14, se muestran los resultados correspondientes al secado con su respectiva masa inicial, masa retirada y masa final.

Tabla 10.14 Resultados secado.Fuente: Autores

En la figura 10.14 se muestra que la masa de agua retirada del proceso está muy relacionada a la humedad del material y al agua que toman los microorganismos en el proceso para subsistir, algunos dadas las temperaturas requirieron más agua que otros y por ende el resultado de la deshidratación es muy variable según las temperaturas de los tratamientos. Los mejores resultados en cuanto a la capacidad de los componentes en retener agua y por ende la masa resultante de

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agua, fue menor para las pruebas 11 y 10 las cuales se caracterizan por sus tiempos de retención cortos 31 y 36 horas.

Para la cantidad de producto obtenido ya seco y listo para el empaque se cuenta como una herramienta de comparación con el figura 11.15, donde se observa que la que obtuvo mayor masa final corresponde a la prueba 8 la cual según el punto óptimo arrojado por el diseño de experimentos como el óptimo, tiene mejor capacidad según sus especificaciones para la producción de biofertilizantes.

10.9 RESULTADOS MICROBIOLÓGICOS DEL PRODUCTO FINAL.

La norma indica que si el fertilizante presenta microorganismos benéficos, se debe reportar el recuento de microorganismos mesófilos aerobios, mohos y levaduras, por lo que se realizaron y reportaron los análisis realizados a la materia orgánica procesada en la tabla 10.14, para determinar si cumple con la norma, como se puede ver en comparación con la caracterización microbiológica cuyos resultados son mostrados en el ítem 3.2.1 la carga microbiana disminuye significativamente de modo tal que cumple con los parámetros exigidos de la norma para la producción de abonos orgánicos o fertilizantes.

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Tabla 10.14 Análisis Microbiológicos realizados en el ICTA.

10.10 RESULTADOS FISICOQUÍMICOS DEL PRODUCTO FINAL.

Al igual que la caracterización físico-química, los análisis para el producto final se realizaron en Agrosoil con las mismas técnicas y numero de análisis, la cantidad analizada por cada una de las muestras fue de 250 gr.

Los resultados de esta caracterización se ven en la tabla 10.15, donde se hace la respectiva comparación con la NTC 5167 para Abonos y enmiendas orgánicas según sus límites permisivos.

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Tabla 10.15 Resultados fisicoquímicos del producto final.

Para realizar el respectivo análisis del cuadro comparativo presentado en la tabla 10.15, se procedió a hacer las gráficas de los resultados de cada parámetro con relación a los límites establecidos por la norma.

Figura 10.16. Contenido de Nitrogeno

Figura 10.17 Análisis de contenido de Fósforo

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Figura10.18 Análisis de contenido de Potasio.

Figura 10.19 Análisis de Carbono orgánico oxidable

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Figura 10.20 Análisis de capacidad de intercambio catiónico.

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Figura 10.21 Análisis de retención de humedad.

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Figura 10.22 Análisis de pH.

Figura 10.23 Análisis de Densidad.

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Figura 11.24 Análisis de Cenizas.

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Figura 10.25 Análisis de Humedad.

Tabla 10.26 Análisis Relación C/N.

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Figura 10.27 Análisis Pérdidas por volatilización.

Según los análisis de las tablas anteriores, tabla 10.16 hasta tabla 11.27, para cada uno de los parámetros y según la tabla de comparación de los resultados Figura 10.15, se ve que las pruebas 2, 3, y 10 presentan mejores similitud en cuanto a los limites se refiere, por eso y según los nutrientes esenciales del cual no cumple el Potasio para la prueba 10, por lo tanto no es una buena alternativa ya que es un elemento de gran importancia. En cuanto a la prueba 3, su contenido de C/N es alto en comparación con el promedio de los otros resultados, es por eso el proceso en que los microorganismos tardan en consumir el Carbono de más. Por lo tanto, para la prueba 2,

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cuyas variables corresponden a una de las réplicas del punto óptimo por eso se considera como la prueba más apropiada para ser empleada en el proceso de biotransformación.

Haciendo un análisis general para los nutrientes N, P, K los cuales son los agentes primarios requeridos tanto para los microorganismos del proceso como para las plantas, el alto contenido de estos elementos según las pruebas garantiza una eficiencia en el uso como biofertilizantes o acondicionador de suelos, el P y el K deben permanecer en valores similares a los originales.

En cuanto al tamaño de partícula y la porosidad del producto final son los apropiados para las características de humedad, capacidad de retención de agua y perdidas por volatilización, ya que le permite a los elementos como el agua y el aire tener una buena adaptación al sistema. Con los microorganismos eficientes se pueden controlar o reducir de cierto modo los gases del efecto invernadero ya que los hidrocarburos, sulfuros y óxidos son tratados por estos microorganismos convirtiéndolos en sustancias como aminoácidos, oxigeno orgánico y azucares que sirven como fertilizantes de suelos y plantas. Un biofertilizante no solo incrementa la solubilidad y la absorción de nutrientes para la planta sino que también sirve como mejorador y regenerador del suelo para que este sea apto para un cultivo, a su vez de acuerdo al valor del pH dentro de la norma, puede proteger la planta de microorganismos patógenos del suelo.

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GLOSARIO

Abono orgánico: Sustancia de origen natural procedente de los seres vivos, que aporta al suelo y las plantas nutrientes para su buen desarrollo.

Acondicionamiento de residuos: Operaciones que transforman los residuos a formas adecuadas para su transporte y/o almacenamiento seguros.

Almacenamiento o almacenaje: El depósito temporal de los residuos sólidos en contenedores previos a su recolección, tratamiento o disposición fina.

Ambiente: Es cualquier espacio de interacción y sus consecuencias, entre la Sociedad (elementos sociales y culturales) y la Naturaleza (elementos naturales), en un lugar y momento determinados.

Aprovechamiento de los residuos: Conjunto de acciones cuyo objetivo es recuperar el valor económico de los residuos mediante su reutilización, re manufactura, rediseño, reciclado y recuperación de materiales secundados o de energía.

Basura: Dos o más desperdicios que revueltos entre sí provocan contaminación, enfermedad, pérdida de recursos naturales.

Biodegradable: Sustancia que puede ser descompuesta con cierta rapidez por organismos vivientes, los más importantes de los cuales son bacterias aerobias. Sustancia que se

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descompone o desintegra con relativa rapidez en compuestos simples por alguna forma de vida como: bacterias, hongos, gusanos e insectos. Lo contrario corresponde a sustancias no degradables, como plásticos, latas, vidrios que no se descomponen o desintegran, o lo hacen muy lentamente. Los órgano-clorados, los metales pesados, algunas sales, los detergentes de cadenas ramificadas y ciertas estructuras plásticas no son biodegradables.

Caracterización de residuos: Estudio y determinación de las propiedades de los residuos de un emplazamiento.

Centro de acopio: Lugar destinado a la recuperación y el almacenaje de materiales reciclables.

Centro de tratamiento integral de residuos: Lugar donde los residuos se clasifican para su reciclaje, compostaje y eliminación a vertedero.

Compost o abono orgánico: Es el producto resultante del proceso de compostaje.

Compostaje: Es un proceso de reciclaje completo de la materia orgánica mediante el cual ésta es sometida a fermentación en estado sólido, controlada (aerobia) con el fin de obtener un producto estable, de características definidas y útil para la agricultura.

Contaminación: Alteración reversible o irreversible de los ecosistemas o de alguno de sus componentes producida por la presencia o la actividad de sustancias o energías extrañas a un

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medio determinado. La presencia en el ambiente de uno o más contaminantes o de cualquier combinación de ellos que cause desequilibrio ecológico. Puede clasificarse en:

• Origen químico: productos tóxicos minerales, como sales de hierro, plomo, mercurio, ácidos, derivados del petróleo, insecticidas, detergentes, abonos sintéticos, etc.

• Origen físico: productos y emanaciones radioactivas, materias sólidas, vertimiento de líquidos a altas temperaturas o bajas temperaturas, etc.

• Origen biológico: por desechos orgánicos en descomposición. Existe un tipo de contaminación ambiental cuyo origen se sitúa en las conductas antisociales de algunos humanos y que afecta no solamente el medio natural sino la vida en comunidad.

Contaminación ambiental: Introducir al medio cualquier factor que anule o disminuya la función biótica.

Degradable: Estructura o compuesto que puede ser descompuesto bajo ciertas condiciones ambientales (biodegradable involucra la acción de microorganismos, fotodegradable implica la acción de la luz.

Disposición final: La acción de depositar o confinar permanentemente residuos sólidos en sitios o instalaciones cuyas características prevean afectaciones a la salud de la población y a los ecosistemas y sus elementos.

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Eliminación: Sacar, separar, descartar un residuo del circuito de utilización. Los residuos se han de eliminar sin poner en peligro la salud humana y sin utilizar procedimientos o métodos que puedan causar perjuicios al medioambiente.

Emisión: Sustancia en cualquier estado físico liberada de forma directa o indirecta al aire, agua, suelo o subsuelo.

Evaluación del Riesgo Ambiental: Proceso metodológico para determinar la probabilidad o posibilidad de que se produzcan efectos adversos, como consecuencia de la exposición de los seres vivos a las sustancias contenidas en los residuos peligrosos o agentes infecciosos que los forman.

Fermentación: Transformación de compuestos orgánicos en compuestos más simples y/o inorgánicos por la acción de microorganismos.

Fracción Orgánica de Residuos: Parte de los residuos constituida por desperdicios de origen doméstico, como por ejemplo verduras, frutas, carnes, pescados, harinas o derivados, etc., susceptible de degradarse biológicamente, y también por los residuos de jardinería y poda. Se designa así, por extensión, a todo el contenido del contenedor especializado destinado a la recogida segregada de materia orgánica o contenedor marrón.

Generación: La acción de producir residuos sólidos a través de procesos productivos o de consumo.

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Generador: Persona física o moral que produce residuos, a través del desarrollo de procesos productivos o de consumo.

Gestión integral de los residuos: El conjunto articulado e interrelacionado de acciones y normas operativas, financieras, de planeación, administrativas, sociales, educativas, de monitoreo, supervisión y evaluación para el manejo de los residuos sólidos, desde su generación hasta la disposición final, a fin de lograr beneficios ambientales, la optimización económica de su manejo y su aceptación social, respondiendo a las necesidades y circunstancias de cada localidad o región.

Incineración de residuos: Proceso de combustión controlada que transforma la fracción orgánica de los residuos sólidos en materiales inertes (cenizas) y gases. No es un sistema de eliminación total, pues genera cenizas, escorias y gases, pero supone una importante reducción de peso y volumen de los residuos originales.

Lixiviados: Los líquidos que se forman por la reacción, arrastre o filtrado de los materiales que constituyen los residuos sólidos y que contienen sustancias en forma disuelta o en suspensión que pueden infiltrarse en los suelos o escurrirse fuera de los sitios en los que se depositen residuos sólidos y que puede dar lugar a la contaminación del suelo y de cuerpos de agua.

Manejo Integral de residuos: Las actividades de reducción en la fuente, separación, reutilización, reciclaje, co-procesamiento, tratamiento biológico, químico, físico o

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térmico, acopio, almacenamiento, transporte y disposición final de residuos, individualmente realizadas o combinadas de manera apropiada, para adaptarse a las condiciones y necesidades de cada lugar, cumpliendo objetivos de valorización, eficiencia sanitaria, ambiental, tecnológica, económica y social.

Material recuperable: Todo aquel material que puede utilizarse como materia prima y devolverse al flujo de materiales y cuyo procesamiento puede ser económicamente viable.

Materias primas: Sustancias que permanecen en su estado natural u original, antes de ser sometida a un procesamiento o proceso de fabricación. Materiales primarios de un proceso de fabricación.

Medio Ambiente: Marco animado e inanimado en el que se desarrolla la vida de los seres vivos. Abarca seres humanos, animales, plantas, objetos, agua, suelo, aire y las relaciones entre ellos, así como los valores de estética, ciencias naturales e histórico culturales.

Metano: CH4. Componente, entre otros, del gas natural y del biogás. El gas natural es una de las fuentes fósiles de energía. El metano se forma en procesos de degradación anaeróbica, (en pantanos, en los rumiantes y en procesos xv de tratamiento de residuos sólidos y aguas residuales). La emisión creciente de metano es una amenaza para el clima. El metano es junto con el dióxido de carbono y los óxidos de nitrógeno, el principal causante del efecto invernadero.

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Orgánico: Perteneciente o derivado de los organismos vivos. Que pertenece a los compuestos químicos que contienen carbono.

Planta de Compostaje: Centro donde se elabora el compost a partir de los residuos sólidos.

Planta de selección y tratamiento: La instalación donde se lleva a cabo cualquier proceso de selección y tratamiento de los residuos sólidos para su valorización o, en su caso, disposición final.

Prevención: La reducción de la cantidad y la nocividad para el medioambiente de los materiales y substancias utilizados en los envases y sus residuos. Los envases y residuos de envases el proceso de producción, en la comercialización, distribución, la utilización y la eliminación. En particular, mediante el desarrollo de productos y técnicas no contaminantes.

Proceso: El conjunto de actividades físicas o químicas relativas a la producción, obtención, acondicionamiento, envasado, manejo, y embalado de productos intermedios o finales.

Proceso de degradación: Proceso por el cual la materia orgánica contenida en la basura sufre reacciones químicas de descomposición (fermentación y oxidación) en las que intervienen microorganismos dando como resultado la reducción de la materia orgánica y produciendo malos olores.

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Proceso Productivo: Conjunto de actividades relacionadas con la extracción, beneficio, transformación, procesamiento y/o utilización de materiales para producir bienes y servicios.

Producto: Bien que generan los procesos productivos a partir de la utilización de materiales primarios o secundarios. Para los fines de los planes de manejo, un producto envasado comprende sus ingredientes o componentes y su envase.

Recolección selectiva: Recogida de residuos separados y presentados aisladamente por su productor.

Recuperación: Sustracción de un residuo a su abandono definitivo. Un residuo recuperado pierde en este proceso su carácter de "material destinado a su abandono", por lo que deja de ser un residuo propiamente dicho, y mediante su nueva valoración adquiere el carácter de "materia prima secundaria".

Recursos naturales no renovables: Bienes cuya renovación o recuperación puede tomar miles o millones de años. Ejemplo de éstos son los combustibles fósiles y los minerales. De éstos elementos las sociedades modernas se nutren para generar la gasolina, el plástico, el aluminio y el vidrio entre otros.

Recursos naturales renovables: Bienes que tienen la capacidad de regenerarse por procesos naturales. Entre ellos se encuentran la luz, el aire, el agua, el suelo, los árboles y la vida silvestre.

Relleno sanitario: La obra de infraestructura que aplica métodos de ingeniería para la disposición final de los residuos

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sólidos ubicados en sitios adecuados al ordenamiento ecológico, mediante el cual los residuos sólidos se depositan y compactan al menor volumen práctico posible y se cubren con material natural o sintético para prevenir y minimizar la generación de contaminantes al ambiente y reducir los riesgos a la salud.

Residuo: Todo material en estado sólido, líquido o gaseoso, ya sea aislado o mezclado con otros, resultante de un proceso de extracción de la Naturaleza, transformación, fabricación o consumo, que su poseedor decide abandonar.

Residuos orgánicos: Los residuos orgánicos son los residuos de comida y restos del jardín. Son todos aquellos residuos que se descomponen gracias a la acción de los desintegradores.

Residuos patogénicos o patógenos: Definición que involucra a los residuos generados como consecuencia de la actividad hospitalaria tanto humana como animal. Son considerados los insumos y desechos clínicos resultantes de la atención médica prestada en hospitales, centros médicos, consultorios médicos y odontológicos, laboratorios, asilos de ancianos, clínicas para la salud humana y clínicas veterinarias, como: Algodones, gasas, vendas, apósitos, pañales, etc. con restos de sangre, humores o secreciones, partes anatómicas (miembros, órganos, placenta, tumores, etc.), líquidos, materias y otros restos, como así también, todos los elementos descartables usados: Jeringas, agujas, hojas de bisturí y otros corto-punzantes, paletas, catéteres, medicamentos vencidos, bolsas de sangre, envases, etc. Son aquellos desechos que por contacto y/o composición

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y/o características orgánica animal que están en condiciones de transmitir una o varias patologías por infestación a los seres vivos, como así también, impactar negativamente en el ambiente.

Residuos peligrosos y especiales: Cualquier residuo que por su tamaño, peso o volumen necesita un tratamiento especial. Dentro de éste grupo se encuentran los residuos peligrosos los cuales por sus características agresivas tales como corrosividad, reactividad, inflamabilidad, toxicidad, explosividad y radiactividad pueden causar daño. Se clasifican en:

• Residuos químicos peligrosos: sustancias o productos químicos con características tóxicas, corrosivas, inflamables, explosivas, reactivas, genotóxicas o mutagénicas, tales como: quimioterapéuticos, antineoplásicos, productos químicos no utilizados, plaguicidas fuera de especificación, solventes, ácido crómico, mercurio de termómetro, soluciones para revelado de radiografías, baterías usadas, aceites, lubricantes usados, etc.

• Residuos farmacéuticos: medicamentos vencidos, contaminados, desactualizados, no utilizados, etc.

• Residuos radiactivos: materiales radiactivos o contaminados con radioisótopos de baja actividad, provenientes de laboratorios de investigación química y biológica; de laboratorios de análisis clínicos; y servicios nucleares. Estos materiales son normalmente sólidos o líquidos (jeringas, papel

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absorbente, frascos, líquidos derramados, orina, heces, etc.). Los residuos radiactivos con actividades medias o altas deben ser acondicionados en depósitos de decaimiento, hasta que sus actividades se encuentren dentro de los límites permitidos para su eliminación.

Residuos sólidos: En función de la actividad en que son producidos, se clasifican en agropecuarios (agrícolas y ganaderos), forestales, mineros, industriales y urbanos. A excepción de los mineros, por sus características de localización, cantidades, composición, etc., los demás poseen numerosos aspectos comunes desde el punto de vista de la recuperación y reciclaje.

Residuos sólidos urbanos (RSU): Son aquellos que se generan en los espacios urbanizados, como consecuencia de las actividades de consumo y gestión de actividades domésticas (viviendas), servicios (hostelería, hospitales, oficinas, mercados, etc.) y tráfico viario (papeleras y residuos viarios de pequeño y gran tamaño

Residuos vegetales: Residuos de origen vegetal, procedentes de jardinería, poda de parques y jardines urbanos, limpieza de bosques, etc.

Reutilizar: Volver a usar un producto o material varias veces sin "tratamiento", equivale a un "reciclaje directo". El relleno de envases retornables, la utilización de estivas de madera o plástico en el transporte, etc., son algunos ejemplos.

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Riesgo: Probabilidad o posibilidad de que el manejo, la liberación al ambiente y la exposición a un material o residuo, ocasionen efectos adversos en la salud humana, en los demás organismos vivos, en el agua, aire, suelo, en los ecosistemas, o en los bienes y propiedades pertenecientes a los particulares.

Separación: Segregación de las sustancias, materiales y residuos peligrosos de iguales características cuando presentan un riesgo.

Tratamiento: Conjunto de operaciones por las que se alteran las propiedades físicas o químicas de los residuos.

Vertido: Deposición de los residuos en un espacio y condiciones determinadas. Según la rigurosidad de las condiciones y el espacio de vertido, en relación con la contaminación producida, se establecen los tres tipos siguientes: v. controlado, v. incontrolado, v. semicontrolado.

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