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  • 1. Biología del compostaje Leslie Cooperband Departamento de Ciencias de Suelo Universidad de Wisconsin-Madison
  • 2. ¿Por qué biología? • PORQUE EL COMPOSTAJE ES UN PROCESO BIOLÓGICO
  • 3. Definición del Compostaje • Transformación de materiales orgánicos crudos en un producto biológicamente estable, “semejante” al humus, apto para distintos usos suelo-planta.
  • 4. • Proceso biooxidativo que involucra: un sustrato orgánico heterogéneo en estado sólido; una etapa termofílica y liberación temporaria de fitotoxinas; una etapa de maduración que finaliza en materia orgánica estabilizada y minerales DEFINICION U.E. 1987
  • 5. Factores más importantes para un compostaje adecuado: composición química de los insumos o materia prima tamaño y forma de la materia prima (porosidad) población de organismos involucrados
  • 6. Los microorganismos degradan compuestos orgánicos para obtener energía y nutrientes para sus procesos vitales
  • 7. Los procesos de liberación de energía incluyen: • Respiración aeróbica : uso del O2 como agente oxidante primario • Respiración anaeróbica : uso de compuestos inorgánicos distintos del O2 como agentes oxidantes (ej., nitrato) • Fermentación: uso de un compuesto orgánico como agente oxidante (produce por ej., ácido acético)
  • 8. La respiración aeróbica es el proceso más eficiente en términos de rendimiento energético y es la forma más rápida de alcanzar la estabilidad biológica. El “calor” generado en el compostaje es un producto de la respiración microbiana.
  • 9. Organismos involucrados en el proceso de compostaje
  • 10. Mesofauna (“dientes y lengua”) • Babosas, caracoles, ácaros, bicho bolita, lombrices, hormigas, cienpies, nematodes, escarabajos • Efectúan la degradación mecánica inicial del material orgánico, reduciendo el tamaño de las partículas
  • 11. Microorganismos (“estómago e intestino”) • Bacterias, hongos, actinomicetes, protozoarios • Mayores responsables del proceso de compostaje • Presentes en la materia prima, en el suelo, o pueden ser agregados como inóculo
  • 12. Los microorganismos se pueden clasificar según: • Consumo de O2 (aeróbicos, anaeróbicos) • Rango de temperatura en el cual actúan (termofílicos, mesofílicos) • Calidad de los compuestos que consumen (proteolíticos, celulolíticos, glucolíticos, etc.)
  • 13. Patógenos Las temperaturas de la etapa termofílica son las que producen la reducción de patógenos. No se sabe nada acerca del efecto del compostaje sobre los priones (“vaca loca”).
  • 14. Calidad del sustrato (materia prima) y compostaje
  • 15. Degradabilidad de los compuestos carbonados: carbohidratos > hemicelulosa > grasas/aceites > celulosa = quitina > lignina
  • 16. Restos de frutas y verduras son fácilmente degradables porque contienen una alta proporción de azúcares y almidón. Las hojas, tallos, cáscaras de nueces, corteza y troncos son más resistentes porque contienen celulosa, hemicelulosa y lignina.
  • 17. Nitrógeno • Aminoácidos y proteínas • Fuentes de N: – tejido de plantas verdes (hojas y tallos verdes, frutas, verduras) – residuos de origen animal (carne, plumas, pelo, piel, sangre, vísceras, orina, materia fecal).
  • 18. Fósforo • Azúcares fosforilados (ácidos nucleicos); fitatos (pared celular); fosfolípidos (membrana celular); fosfatos. • El P de origen vegetal está generalmente en formas orgánicas, el P de residuos animales en formas inorgánicas.
  • 19. Relación Carbono:Nitrógeno (C:N) • Suministro de C total en relación a N total • Si la relación es demasiado alta, el proceso de compostaje es más lento (ej., material leñoso) • Si la relación es demasiado baja, aumenta la pérdida de N en forma de amonio gaseoso (ej., residuos animales)
  • 20. La relación C:N determina “umbrales” de actividad microbiana: • C:N > 20:1 predomina inmovilización de N (retención) • C:N < 20:1 predomina mineralización de N (liberación) • Rango ideal inicial para el compostaje 25:1-35:1
  • 21. Relación C:N de la materia prima Materiales ricos en C C:N Ratio Hojas senescentes 30-80 Paja 40-100 Chip, viruta o aserrín 100-500 Corteza 100-130 Papel 150-200 Diario o cartón 560 Materiales ricos en N C:N Ratio Restos de verdura 15-20 Borra de café 20 Pasto 15-25 Estiércol 5-25
  • 22. Los microorganismos necesitan P además de N para generar biomasa La relación C:P también regula el proceso de compostaje C:P >100:1 predomina inmovilización de P
  • 23. Otros factores que afectan el proceso de compostaje
  • 24. Oxígeno • El O2 en el aire de la pila no debería ser < 5%. Nivel óptimo: 10%. • A medida que aumenta la temperatura de la pila, aumenta el consumo de O2.
  • 25. Humedad • Rango óptimo: 45-60% (en peso). • Para la actividad microbiana: < 45% humedad insuficiente; > 60% O2 insuficiente. • Evita combustión espontánea y voladuras de material. Material muy húmedo se composta con estructurante seco de alto contenido de C.
  • 26. Temperatura • A mayores temperaturas, mayor velocidad de descomposición de la materia orgánica. • Temperaturas demasiado altas (> 70 oC) inhiben el proceso de descomposición. • La temperatura ambiente no afecta el proceso.
  • 27. pH • La mayor actividad bacteriana se produce a pH 6,0-7,5 • La mayor actividad de los hongos se produce a pH 5,5-8,0 • Rango ideal: 5,8-7,2 • pH > 7,5 puede promover pérdida de amonio gaseoso.
  • 28. • Algunas materias primas pueden aumentar el pH (residuos del procesado de papel, polvo de cemento, cenizas), y otros disminuirlo (residuos de comida). • La producción de ácidos orgánicos y las condiciones anaeróbicas pueden producir pH < 4,5, limitando la actividad microbiana.
  • 29. Tamaño de partículas • La actividad microbiana está relacionada con la facilidad de acceso al sustrato. • Las partículas pequeñas tienen una mayor superficie específica, lo cual facilita el acceso al sustrato. • SIN EMBARGO, partículas demasiado finas crean poros pequeños flujo restringido del aire anaerobiosis. • El chip crea porosidad, pero el C no está disponible para los microorganismos.
  • 30. Tamaño de la pila • El tamaño de la pila afecta el contenido de O2 y la temperatura. – Pilas pequeñas mantienen mayor concentración de O2 que pilas grandes. – Pilas grandes mantienen mayor temperatura que pilas chicas. • Alto ideal de la pila: 1,60-2,40 m.
  • 31. Resumen: requerimientos para compostaje aeróbico y termofílico Parámetro Rango Rango ideal aceptable Relación C:N 20:1-40:1 25:1-30:1 Humedad 40-65% 50-60% Conc. O2 > 5% ~10% Tamaño de 3-13 mm variable partícula pH 5.5-9.0 6.5-8.0 45-66 oC 55-60 oC Temperatura