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Unesco 2014 compostaje residuos agroindustriales v2
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Unesco 2014 compostaje residuos agroindustriales v2

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LI Curso Internacional de Edafología y biología Vegetal

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  • 1. Compostaje de Residuos Orgánicos Agroindustriales Dr. Germán Tortosa Grupo de investigación “Metabolismo del Nitrógeno”. Estación Experimental del Zaidín (EEZ), CSIC. Apartado Postal 419, 18080-Granada http://www.compostandociencia.com LI Curso Internacional de Edafología y Biología Vegetal Granada, 13 de mayo de 2014
  • 2.  Importancia de la materia orgánica en la agricultura  Generación de residuos  Fuentes de materia orgánica para la agricultura  Compostaje  Definición del proceso  Microbiología  Tecnología del compostaje  Usos del compost  Ejemplos de compostaje de residuos agroindustriales:  Industria extractiva del aceite de oliva en España Índice
  • 3. ● Incremento exponencial de la población mundial en los últimos 60 años (ONU: 10 000 millones para 2050) ● “Revolución verde”. Incremento en la utilización de: – Fertilizantes – Fitosanitarios – Antibióticos ● Generación de un aumento productivo notable productos agropecuarios y mejora del rendimiento para atender a la demanda Materia orgánica
  • 4. ● Fertilización inorgánica vs fertilización orgánica ¿Cambio de paradigma? ● Limitaciones “revolución verde” – Pocos cultivos dan el máximo rendimiento – Uso en zonas agrícolas “ideales” – Pocos agricultores asumieron el coste de los productos – Efectos medioambientales ● ¿Segunda revolución verde? – Incremento de la demanda de agroquímicos más estable – Mantener o mejorar el rendimiento – Cambio de modelo orientado a la sostenibilidad (Ecología) y a la equidad: todo tipo de suelos, climas, cultivos y agricultores Una de las estrategias eficaces actualmente: ELEVAR CONTENIDO EN MO EN EL SUELO Materia orgánica
  • 5. ● La materia orgánica (MO) en el suelo ● Factor limitante de la fertilidad ● Mejora propiedades físicas: – Estabilidad estructural (acción cementante) – Mejora la porosidad – Control de la temperatura y radiación ● Mejora propiedades químicas: – Capacidad de cambio iónico – Capacidad tamponante – Procesos redox ● Mejora propiedades biológicas: – Biodiversidad Materia orgánica
  • 6. ● HUMUS y Sustancias Húmicas (SH): – MO presente en el suelo (investigadores principio siglo XIX) – Proviene de la degradación biológica y bioquímica de restos animales y vegetales, así como productos del metabolismo de los microorganismos ● Dos categorías de MO en la naturaleza – Sustancias no húmicas ● Estructura química definida (carbohidratos, péptidos, aminoácidos, grasas, lípidos, etc.) – Sustancias húmicas (SH) ● Las SH se encuentran en todos los ambientes terrestres y acuáticos, siendo aproximadamente el 50% de la MO total del suelo. Sustancias húmicas
  • 7. ● Para el estudio propiedades químicas y coloidales de las SH – Tipos de Sustancias húmicas (SH) ● Es necesario su extracción con disolventes. Según su solubilidad, se clasifican en tres grupos con características químicas diferenciadas: ÁCIDOS HÚMICOS:ÁCIDOS HÚMICOS: Extraíbles en medio básico e insolubles en medio ácido ÁCIDOS FÚLVICOS:ÁCIDOS FÚLVICOS: Solubles en medio ácido HUMINAS:HUMINAS: Insolubles en disoluciones alcalinas ● Punto de vista nutricional de las SH: – Relación directa entre SH y fertilidad – Fracción más activa de la MO – Favorece la germinación, estimulan procesos bioquímicos, etc. – Gran gama de productos agroquímicos comerciales
  • 8.  Agricultura tradicional:  Abonado orgánico (estiércoles, residuos orgánicos, etc. Algunas prácticas agrícolas motivan una pérdida continuada de materia orgánica en el suelo  Agricultura intensiva:  Fertilización mineral  Suelo como mero soporte físico  Ruptura del frágil equilibrio de los suelos agrícolas  Pérdida de la calidad química y biológica del suelo  Compactación, degradación, desertificación, contaminación  Mala práctica agrícola (uso excesivo de fertilizantes minerales, y productos fitosanitarios) Agricultura, fertilidad y materia orgánica  Agricultura Ecológica:  Importancia del abonado orgánico.  Agricultura Integrada:  Entre la intensiva y la ecológica
  • 9. ● Moderna sociedad de consumo: – Crecimiento demográfico – Desarrollo industrial y producción de residuos (orgánicos e inorgánicos) ● Residuos orgánicos: – Sector primario: agrícolas, ganaderos, forestales, etc. – Sector secundario: industriales, agroindustriales, textiles, etc. – Sector terciario: RSU, lodos de depuradora, etc. Residuos orgánicos
  • 10. 10/05/14 PROBLEMÁTICA RESIDUOS RESIDUOS: Grave impacto ambiental SOLUCIONES: - Reducir la producción en origen (la más dificil) - Reutilizar los residuos (la más práctica) Residuos orgánicos
  • 11. 10/05/14 TIPOS DE RESIDUOS (según su naturaleza química): - ORGÁNICOS (BIODEGRADABLES) - INORGÁNICOS (POCO BIODEGRADABLES) Residuos orgánicos
  • 12. 10/05/14 TIPOS DE RESIDUOS (según su naturaleza química): - ORGÁNICOS (BIODEGRADABLES) - INORGÁNICOS (POCO BIODEGRADABLES) Residuos orgánicos
  • 13. 10/05/14 RESIDUOS ORGÁNICOS: - GRAN IMPACTO AMBIENTAL - GRAN VOLUMEN DE PRODUCCIÓN - FUENTE DE MATERIA ORGÁNICA - NECESIDAD DE TRATAMIENTO (COMPOSTAJE) Residuos orgánicos
  • 14. 10/05/14 ¿QUÉ ES EL¿QUÉ ES EL COMPOSTAJE?COMPOSTAJE? Compostaje
  • 15. 10/05/14 “La adaptación, en condiciones controladas, del proceso natural de descomposición de la materia orgánica “ - Sencillo y tecnológicamente asequible - Proceso microbiológico - Temperatura, factor selectivo de Microorganismos (eliminación de patógenos) - Aeróbico (Proceso bioxidativo) - Liberación de vapor de agua CO2 y nutrientes - Producto estable con características húmicas llamado COMPOST Inicio del compostaje 8 semanas Maduro Compostaje
  • 16. 10/05/14 - El compostaje es una práctica milenaria - Difícil atribuirle a una persona o sociedad - Asociado inicialmente a la agricultura - Primeras evidencias apuntan al Imperio Acadio (Mesopotamia, XXIV A.C.). Evidencias romanas, griegas y tribus de Israel: - Marcus Cato (agricultor y científico) - Lucius Junio Moderatus Columea (año 42) en sus “Doce libros de la agricultura“ - Biblia y Talmud (III A.C.-V D.C.) - Escritores árabes del siglo X-XII - Textos medievales y del Renacimiento Compostaje
  • 17. 10/05/14 Ibn aI Awam (XI), Moses Maimonides (1135-1204), Miquel Agustí (XVII), Olivier de Serres (1600), Francis Bacon (1620), Emile Zola (1873), Victor Hugo (1862), Mahatma Gandhi (1869-1948),... Shakespeare (1606) en Hamlet: “Do not spread the compost on the weeds, to make them ranker“ Sir Albert Howard (1930), primer agrónomo que hizo la primera aproximación científica del compostaje. En 1940 publica “An Agricultural Testament“, con el que se inició el movimiento de agricultura ecológica... Compostaje
  • 18. Microbiología
  • 19. Tecnología
  • 20. Tecnología
  • 21. Tecnología
  • 22. Tecnología
  • 23. Tecnología
  • 24. Tecnología
  • 25. Tecnología
  • 26. Tecnología
  • 27. Tecnología
  • 28. Tecnología
  • 29. 10/05/14 USOS DELUSOS DEL COMPOSTAJECOMPOSTAJE Y DEL COMPOSTY DEL COMPOST (gracias al(gracias al conocimientoconocimiento científico)científico)
  • 30. 10/05/14 LA CIENCIA DEL COMPOST GOZA DE BUENA SALUD
  • 31. 10/05/14 TRATAMIENTO DE RESIDUOS URBANOS R.S.U.
  • 32. 10/05/14 R.S.U.
  • 33. 10/05/14 - Mejora la calidad de un suelo (propiedades físicas, químicas y biológicas). - Materia orgánica como factor fundamental de la fertilidad. - Fuente de sustancias húmicas. - ¿Agricultura intensiva vs. abonado tradicional (orgánico)? - Reducir la contaminación ambiental por exceso de fertilización sintética “Una agricultura respetuosa con el medio ambiente sin afectar al rendimiento de la misma“ MO en agricultura
  • 34. 10/05/14 MATERIA ORGÁNICA PARA AGRICULTURA No solo como abono orgánico... MO en agricultura
  • 35. 10/05/14 COMO ENMENDANTE DE SUELOS Enmiendas
  • 36. 10/05/14 COMPOSTAJE DOMÉSTICO Manzana, 7 descargas de inodoro Hamburguesa, 17 baños Al año, caudal medio del río Mississippi Concienciación ciudadana: ¡¡Peppa Pig composta!! Compostaje doméstico
  • 37. 10/05/14 Compostaje doméstico
  • 38.  Producción de abonos orgánicos sólidos y líquidos de interés comercial mediante compostaje de orujo de oliva de dos fases  Otras líneas:  Estudio de la microbiología del proceso  Analizar el empleo del compost como bioinoculante  Identificar en el composts bacterias que estimulen el crecimiento de las plantas (PGPRs)  Interacción entre la materia orgánica y la fijación biológica de nitrógeno Trabajos de investigación
  • 39. Alperujo● Principal subproducto de la extracción del aceite de oliva: ● Orujo de oliva de dos fases (alperujo): – Alta humedad (difícil manejo) – Residuo ácido – Propiedades muy fitotoxicas (polifenoles) – Rico en carbono orgánico y K – Pobre en N y en P
  • 40. Calidad agronómica ● Correcta valorización agronómica de los composts ● Normativa para evaluar su calidad. Estandarización internacional compleja. Legislación variable: ECN-QAS en Europa, la STA en EEUU, la RAL en Alemania, la PAS 100 en Inglaterra, etc. ● Parámetros para clasificación. ● Tres criterios utilizados: ● Presencia de patógenos ● Metales pesados ● Materiales inertes ● ¿Y sus propiedades agroquímicas?
  • 41. Legislación española sobre fertilizantes ● LEGISLACIÓN ESPAÑOLA: – Real Decreto 506/2013, sobre productos fertilizantes ● Amplísima gama de categorías de productos fertilizantes. ● Referente internacional: enmiendas y abonos inorgánicos y orgánicos al englobarlas conjuntamente
  • 42. Categorías comerciales ● Posibles categorías para los composts o derivados (cerca de 30): ● GRUPO 2. Abonos orgánicos – Abonos orgánicos nitrogenados de origen vegetal – Abonos orgánicos NPK de origen animal y vegetal ● GRUPO 3. Abonos órgano-mineral: – Nitrogenado, Nitrogenado con Turba, Nitrogenado con lignito o Leonardita, Nitrogenado líquido y Nitrogenado líquido con Turba – NPK, NPK con Turba, NPK con lignito o Leonardita, NPK líquido y NPK líquido con Turba – NP, NP con Turba, NP con lignito o Leonardita, NP líquido y NP líquido con Turba – NK, NK con Turba, NK con lignito o Leonardita, NK líquido y NK líquido con Turba – PK, PK con Turba, PK con lignito o Leonardita, PK líquido y PK líquido con Turba ● GRUPO 6. Enmiendas orgánicas: – Enmienda orgánica húmica – Enmienda orgánica composts – Compost de AlperujoCompost de Alperujo (Reconocimiento importancia agronómica)
  • 43. Objetivo del trabajo Viabilidad técnica de la elaboración de enmiendas y abonos orgánicos sólidos y líquidos de interés comercial mediante el compostaje del alperujo
  • 44. Sobre pesoSobre peso fresco (%)fresco (%) Sobre pesoSobre peso seco (%)seco (%) AL+GAL+G 51 + 4951 + 49 37 + 6337 + 63 AL+G+FeAL+G+Fe 51 + 48 + 151 + 48 + 1 36 + 62 + 236 + 62 + 2 AL+G+PAL+G+P 51 + 48 + 151 + 48 + 1 36 + 62 + 236 + 62 + 2 AL+SAL+S 65 + 3565 + 35 57 + 4357 + 43 AL+S+FeAL+S+Fe 65 + 34 + 165 + 34 + 1 56 + 42 + 256 + 42 + 2 AL+S+PAL+S+P 65 + 34 + 165 + 34 + 1 56 + 42 + 256 + 42 + 2 ● Compostaje del alperujo con estiércoles ● COT/NT entre 25-30 ● Máquina retroexcavadora ● Pilas trapezoidales ● Volteos mecánicos ● Control de humedad Desarrollo del compostaje
  • 45. Resultados Proceso del compostaje
  • 46. Compostaje
  • 47. ● Caracterización agroquímica de los composts: – pH alcalino (menor con aditivos) – CE baja (aditivos la aumentan pero sin limitar el potencial agronómico) – Elevado contenido en MO (lignocelulósica) – – – Alto grado de humificación (25-40% AH) – NORG predominante (2%) (AL+G>AL+S) – Incremento cuantitativo de Fe y P – Metales pesados: ● Clase A: AL+G ● Clase B: El resto IG>70%, exento de fitotoxicidad y madurez Caracterización de los composts
  • 48. El coste total para producir 60 t de composts de AL fue de 2150 € (36 € por t de compost obtenido ó 31 € por t de AL tratado). Los costes se distribuyeron de la siguiente manera: – 1. Materia prima utilizada: Seis pilas de 20 t cada una (120 t en total), distribuidas de la siguiente manera: 69,6 t de AL, 29,0 t de G, 20,6 t de S, 0,4 t de Fe y 0,4 t de P. El AL fue suministrado por la almazara sin coste alguno. Los estiércoles y los aditivos minerales ricos en Fe y P costaron 1050 € en total (incluido el transporte). – 2. Maquinaria de compostaje: El compostaje se llevó a cabo en una instalación al aire libre cerca de la almazara dedicada al almacenamiento del AL (sin costo adicional). Se utilizó una máquina retroexcavadora para la preparación de las mezclas de compostaje y los volteos de las pilas. Todo ello representó un total de 25 horas de trabajo (240 €) – 3. Coste laboral: Se necesitaron dos operarios para llevar el manejo de las pilas. El tiempo total de trabajo requerido fue de 35 horas, con un coste total de 630 €. – 4. Consumo de agua: Se instaló un sistema de riego por aspersión para mantener la humedad de las pilas al 40%, que costó 200 €. El consumo total de agua fue de 40 m3, con un coste de 30 €. Coste de producción
  • 49. Resultados Extracción líquida de materia orgánica
  • 50. Extracción de carbono orgánico ● KOH 1M consiguió el doble que 0,1M ● AH, la principal componente ● Tiempo de extracción aumentó el carbono orgánico (24h) ● Más concentrado a relaciones de extracción bajas ● Calor aumenta el carbono orgánico (2-4 horas)
  • 51. Extraction Ratio (Weight to Volume) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 TOC /TN 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 H2O (25ºC) 1M KOH (25ºC) 1M KOH (70ºC) Caracterización agroquímica de los extractos ● KOH 1M mucho más que con agua, especialmente con calor ● Gran parte incorporada en los AH ● Calor y relación de extracción aumenta los nutrientes
  • 52. Resultados Evaluación según la legislación vigente
  • 53. Tabla 4.5.1.1. Principales características de los composts de AL (s.m.s.) en relación con los requisitos mencionados en el Real Decreto 824/2005, de 8 de julio, sobre productos fertilizantes (y la correspondiente Orden PRE/630/2011, de 23 de marzo, por la que se modifican los anexos I, II, III, IV, V y VI de dicho Real Decreto). AL+G AL+G+Fe AL+G+P AL+S AL+S+Fe AL+S+P (1) (2) (3) (4) 1,2,3MO (%) 74 76 75 56 57 59 45 25 35 2Extracto húmico total (%) 7 14 9 9 8 7 5 1Polifenoles(%) 0,2 0,2 0,3 0,2 0,1 0,1 <0,8 2AH(%) 5 11 6 7 5 4 3 1,3,4COT/NT 19 19 19 13 14 15 <20 <20 <15 4NT (%) 2 2 2 2 2 2 1 4P2O5 (%) 1 1 1 1 1 1 1 4K2O (%) 3 2 2 3 3 2 1 4NT +P2O5 +K2O (%) 6 5 5 6 6 5 4 1Composts de AL, 2Enmienda orgánica húmica, 3Enmienda orgánica compost y 4Abono orgánico NPK de origen animal y vegetal. Nota: los contenidos mínimos en nutrientes están referidos según la legislación a porcentaje en masa del producto comercial. – Grupo 2. Abono orgánico NPK de origen animal y vegetal – Grupo 3. Abonos órgano-minerales – Grupo 6. Compost de AL – Grupo 6. Enmienda orgánica húmica – Grupo 6. Enmienda orgánica compost Todos los composts ● Adecuación para enmiendas y abonos orgánicos sólidos: AL+G y AL+S AL+G y AL+S Ninguno (Fe y P): N, P y K AL+S Abonos sólidos
  • 54. Tabla 4.5.2.1. Principalescaracterísticasde losextractos obtenidosa partir de loscomposts de AL en relación con losrequisitosdel Real Decreto 824/2005, de 8 de julio, sobre productos fertilizantes (y la correspondiente Orden PRE/630/2011, de 23 de marzo, por la que se modifican losanexos I, II, III, IV, V y VI de dicho Real Decreto). AL+G AL+G+Fe AL+G+P AL+S AL+S+Fe AL+S+P MOH(25ºC) NT (%) 0,07 0,06 0,05 0,06 0,06 0,06 COT (%) 0,68 0,60 0,53 0,55 0,57 0,62 P2O5 (%) 0,01 0,01 0,02 0,01 0,01 0,02 K2O (%) 0,09 0,08 0,09 0,13 0,13 0,13 P2O5 +K2O (%) 0,10 0,09 0,11 0,14 0,15 0,15 NT+P2O5 +K2O (%) 0,17 0,15 0,16 0,19 0,20 0,20 MOAS(25ºC) NT (%) 0,37 0,38 0,39 0,38 0,35 0,33 COT (%) 3,75 3,80 3,97 3,89 3,64 3,54 P2O5 (%) 0,02 0,05 0,05 0,02 0,02 0,02 K2O (%) 4,33 4,34 4,33 4,39 4,23 4,23 P2O5 +K2O (%) 4,35 4,38 4,37 4,41 4,25 4,25 NT+P2O5 +K2O (%) 4,72 4,76 4,76 4,79 4,60 4,58 MOAS(70ºC) NT (%) 0,65 0,64 0,60 0,60 0,60 0,61 COT (%) 6,35 6,41 6,30 6,32 6,23 6,12 P2O5 (%) 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 K2O (%) 4,58 4,64 4,57 4,59 4,57 4,59 P2O5 +K2O (%) 4,63 4,69 4,62 4,64 4,61 4,64 NT+P2O5 +K2O (%) 5,28 5,33 5,22 5,24 5,21 5,25 ● Grupo 3. Abonos órgano-minerales: NPK Líquido, NP Líquido, NK Líquido y PK Líquido NINGUNO: No N y P MOAS (70ºC): sí COT y K – Mezcla con otros abonos inorgánicos y orgánicos se conseguirían hasta 20 posibilidades más Abonos líquidos
  • 55. Conclusiones
  • 56. ● Compostaje es una técnica viable y económica para producir abonos y enmiendas orgánicas de interés comercial a partir de alperujo ● Composts de alperujo, Enmienda orgánica húmica, Enmienda orgánica compost, Abono órgano-mineral NPK de origen animal y vegetal y 19 categorías de Abonos órgano-minerales, tanto en su forma sólida como líquida (mezcla con otros abonos orgánicos/inorgánicos) ● La principal desventaja de su uso como fertilizante líquido está en el contenido en nitrógeno (principalmente de naturaleza orgánica) y el fósforo, no en el K o el carbono orgánico ● Recomendaciones para la elaboración de abonos líquidos: – KOH 1M, 24 horas de extracción, relación de extracción de 1:3- 1:5, pocas horas de calor (70ºC) y fuente adicional de N y P (ej: ácido nítrico y fosfórico) Conclusiones
  • 57. Experiencias con pimiento
  • 58. Compostaje de Residuos Orgánicos Agroindustriales Dr. Germán Tortosa Grupo de investigación “Metabolismo del Nitrógeno”. Estación Experimental del Zaidín (EEZ), CSIC. Apartado Postal 419, 18080-Granada http://www.compostandociencia.com LI Curso Internacional de Edafología y Biología Vegetal Granada, 13 de mayo de 2014