Bio/Sc Vol. 2 N° 1, pp. 36-41 ISSN 2412 – 2224 Depósito legal BNP 2014-13600 Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional del Altiplano, Puno-Perú
Presentado: 03/09/2015 Aceptado: 02/10/2015
EVALUACIÓN DE LA TEMPERATURA DURANTE LA PRODUCCIÓN DE COMPOST A PARTIR DE RESIDUOS ORGÁNICOS BAJO UN SISTEMA CERRADO Y ABIERTO PUNO EVALUATION OF TEMPERATURE DURING THE PRODUCTION OF ORGANIC WASTE COMPOST UNDER A CLOSED AND OPEN SYSTEM, PUNO Luis Alberto Sucasaire Sucasaire Estudiante de la Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional del Altiplano, Puno sucasaire_lx@hotmail.com RESUMEN El estudio se realizó en el laboratorio de ecología, aula número 403, ubicada en el cuarto piso de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional del Altiplano Puno, entre los meses de julio y agosto. El objetivo planteado fue evaluar la producción de compost a partir de residuos orgánicos bajo un sistema cerrado y abierto. Ambos tipos de compostaje contaron con tres repeticiones (contenedores), los cuales tenían una capacidad de 4 L. Cada contenedor fue llenado con 50% de frutas y 50% de verduras, conjuntamente con una capa de 1 cm de aserrín, y cubiertos con tierra. Los sistemas fueron analizados con un termómetro digital cada cuatro días. Los datos fueron analizados con la prueba estadística de ANDEVA en el Software INFOSTAT (versión libre). Se encontró una significativa mayor temperatura en el sistema cerrado en comparación al sistema abierto, de modo que el proceso de descomposición puede verse favorecida en el sistema cerrado. Palabras clave: Compost, orgánico, residuo, temperatura. ABSTRACT The study was conducted in the laboratory of ecology, classroom number 403, located on the fourth floor of the Faculty of Biology of the National University of Altiplano Puno, between the months of July and August Sciences. The stated objective was to evaluate the production of compost from organic waste under a closed and open system. Both types of composting counted with three replications (containers), which had a capacity of 4 L. Each container was filled with 50% fruit and 50% vegetables, both with a 1 cm layer of sawdust and covered with soil. The systems were analyzed with a digital thermometer every four days. Data were analyzed with ANDEVA statistical test in the software INFOSTAT (free version). A significantly higher temperature in the closed system was found compared to the open one, so that the decomposition process can be aided in the closed system. Key words: Compost, organic, waste, temperature
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INTRODUCCIÓN El compostaje es un bioproceso aeróbico que permite la recuperación de los residuos orgánicos heterogéneos, convirtiéndolos en un producto homogéneo de gran calidad llamado compost (Körner et al. 2003; Alburquerque et al. 2007). Durante este proceso, hay una gran participación de microorganismos como bacterias, hongos y actinomicetos, que requieren de ciertas condiciones ambientales controladas que faciliten el incremento de la temperatura (usualmente entre 55 - 60 ºC) para la destrucción de patógenos (Kiely 1999). El compost obtenido tiene beneficios cuando es adicionado al suelo (Peña 2002), pudiendo ser usado benéficamente como acondicionador de suelos (Kuter et al. 1995). Diferentes técnicas de compostaje han sido aplicadas para generar un producto revalorizado a partir de los residuos domésticos e industriales (Dalzell et al. 1991). Sin embargo, aún no se han desarrollado de manera suficiente los procedimientos y sistemas de control que permitan procesos de compostaje eficientes a nivel comercial (Lugo 1998). Esta deficiencia se debe a que las interacciones entre los diversos factores que intervienen en este proceso biológico son complejos y con un fuerte componente local, que aún no está bien definido ni comprendido (Lugo 1998), a pesar de los esfuerzos considerables que se han puesto en ello (Suquilanda 2001). Esta carencia en la técnica del compostaje conduce a que los proyectos de elaboración de compost enfrenten problemas técnicos, económicos, sociales y ambientales (Labrador 1996). Algunos factores que han sido señalados como importantes para un adecuado control son la temperatura, humedad, aireación, pH y la relación C/N (Suler & Finstein 1977). Sin un seguimiento técnico de variables como éstas, el proceso de compostaje se torna artesanal y comienza a presentar problemas que dificultan su continuidad (Suler & Finstein 1977). En este sentido, Lugo (1998), en un estudio realizado
en el Ecuador encontró que solamente el 14% de los proyectos realiza un control técnico durante el proceso de compostaje y que el 86% restante únicamente realiza control manual o empírico. Según, esta forma de manejo, determinó que el 25% de los proyectos no consigan cumplir con los objetivos planteados y el 87.5% no vendan el producto final por no cumplir con parámetros de calidad de abonos (Mirsa et al. 2003). La calidad del compost depende de las características fisicoquímicas de los sustratos, del control del proceso, así como del tiempo de maduración del producto (Chiumenti et al. 2005; Hargreaves et al. 2008; De Guardia et al. 2010). En general los residuos sólidos generados por el ser humano están constituidos, de materia orgánica como residuos de comida, hojas y restos de jardín, papel, cartón, madera y en general materiales biodegradables; y por materia inorgánica, como vidrio, plástico, metales, objetos de caucho, material inerte y otros (Montes 2003; Marmolejo 2011). Estos residuos presentan una alta humedad que pueden afectar adversamente la porosidad del material y la difusión de oxígeno (El Kader et al. 2007; Jolanun et al. 2008; Krogmann et al. 2010), favoreciendo procesos anaerobios, caídas en el pH, disminución en la tasa de degradación, generación de olores y baja calidad del producto (Diaz et al. 2007; Sundberg & Jonsson 2008; Guo et al. 2012). Dadas las características de estos residuos, el compostaje es un método eficiente en la eliminación de estos residuos, ya que permite además el aprovechamiento del producto final (Boulter et al. 2000). Este proceso tiene una duración variable, que depende de la calidad de los residuos, el tamaño de partícula, disposición de la pila, aireación, humedad y población biológica activa. El período de transformación es cercano a 170 días, e implica la acumulación de gran cantidad de material en las plantas de compostaje (Boulter et al. 2000). Este proceso se ha convertido en las últimas décadas en la alternativa tecnológica más utilizada para la reducción de 40% en 37
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peso y 50% en volumen de los materiales residuales. El residuo deberá considerarse como un subproducto susceptible de un proceso de transformación mediante el cual se obtiene una enmienda o un abono aptos para ser aplicados en agricultura y/o en jardinería. El producto final (compost) puede ser manipulado, almacenado, transportado y aplicado al suelo sin afectar el medio ambiente (Van Heerden 2002). La mayoría de los estudios demuestran que la aplicación de compost a suelos agronómicos aumenta la producción de los cultivos debido a la alta concentración de nutrientes y a su capacidad de retención hídrica (Wong et al. 2001). Sumado a lo anteriormente expresado, existen evidencias que los productos compostados son sustitutos potenciales de los funguicidas y podrían reducir la influencia de enfermedades en plantas (Craft & Nelson 1999; De Ceuster & Hoitink 1999). Además, la materia orgánica favorece la estabilidad de la estructura de los agregados del suelo agrícola, reduce la densidad aparente, aumenta la porosidad y permeabilidad, y aumenta su capacidad de retención de agua, por lo que se obtienen suelos más esponjosos y con mayor humedad, lo que se traduce en mejores condiciones para cultivos, al existir un aporte adicional de nutrientes (Porta et al. 1999).
Diseño del experimento Para la elaboración del compost se utilizó dos tratamientos: sistema cerrado y sistema abierto, cada uno don tres repeticiones. En los sistemas abiertos y cerrados se determinó los niveles de temperatura con un termómetro analítico durante cinco semanas, entre los meses julio y agosto. Los contenedores (repeticiones) tenían una capacidad de 4 L, los mismos que tenían en la base 1m de aserrín, seguido de la materia orgánica (50% de frutas y 50% de verduras), obtenidas de diferentes mercados de abasto de la ciudad de Puno. Luego, se aplicó una capa fina de tierra de una altura de 1 cm, para finalmente ser tapada (sistema cerrado). Para el sistema abierto se procedió de la misma manera, pero en este caso no se cubrió, por lo que los residuos tenían una exposición directa al aire libre. Variables registradas Para la evaluación de la temperatura se utilizó un termómetro, facilitado por el laboratorio de Ecología de la Facultad de Ciencias Biológicas de la UNA-PUNO. La evaluación se realizó dos veces a la semana (martes y viernes) entre las 10 am a 11 am. Análisis de datos
METODOLOGÍA Lugar de estudio El estudio de compostaje se realizó en el laboratorio de Ecología, aula número 403 de la Facultad de Ciencias Biológicas, dentro de la Universidad Nacional del Altiplano, Puno - Perú. Para evaluar la eficiencia del proceso de transformación del residuo y la calidad del compost obtenido, en principio, se cotejó el actual proceso de transformación de biomasa de disposición de un sistema cerrado y abierto en el predio con el proceso de transformación de biomasa a compost. Se efectuó la evaluación en base al seguimiento de parámetros específicos.
Los datos fueron analizados con un Análisis de Varianza (ANDEVA), previa comprobación de los supuestos estadísticos. Los análisis fueron realizados en el software INFOSTAT (versión libre). RESULTADOS Y DISCUSIONES Se encontró diferencias significativas de la temperatura entre los dos tipos de compostaje aplicados (F1,4 = 11.79; P = 0.0015), habiendo una mayor temperatura en el sistema cerrado (Figura 1).
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La mayor descomposición en el sistema cerrado en comparación al sistema abierto en un menor tiempo, se debe probablemente a que el sistema cerrado está completamente cubierto y el sistema abierto está a exposición libre (Zhu et al. 2004). El decaimiento de la temperatura se considera un buen indicador de la fase final de la biooxidación de la materia orgánica y se da por terminada cuando la temperatura se mantiene constante y no varía con el mezclado (Iglesias & Pérez 1989; Haug 1992). Figura 1. Media de la temperatura (°C) del proceso de compostaje bajo un sistema abierto y cerrado. Letras diferentes indican diferencias significativas ente los tratamientos (p<0.05). La variación de la temperatura en las muestras, es uno de los factores más importantes que rige la tasa de las reacciones bioquímicas en el proceso de compostaje (Fontanive et al. 2004), afectando el metabolismo microbiano y su dinámica poblacional (composición y densidad (Joshua et al. 1998). En esta investigación, en el sistema cerrado existió un incremento significativo de temperatura, ya que estuvo aislado de la temperatura del medio circundante. Al respecto, Bolta et al. (2003) hallaron descensos importantes durante el proceso debido a la influencia de la temperatura del aire durante la estación invernal. Al medir la temperatura se observó que el sistema cerrado y abierto mostró un nivel de temperatura muy inferior al clásico reportado para zonas cálidas. Hasta la tercera semana hubo un incremento de la temperatura de hasta 21°, luego el cual la temperatura se mantuvo constante hasta el final del experimento Patrones similares fueron informados para una variedad de residuos: corteza de madera (Hoitink et al. 1977), aguas cloacales (Nakasaki et al. 1985) y pulpa de uva (Faure & Deschamps 1990).
En la Figura 2, se muestra de manera gráfica el comportamiento de la temperatura en estos dos sistemas. En ambos sistemas, no se alcanzó las temperatura regulares reportadas por otros autores, quienes reportan temperaturas superiores a 30°C. Entre los factores que afectaron el proceso de compostaje, podría ser la altitud con respecto al nivel del mar, ya que el clima de nuestra región es frio – seco.
Figura 2. Variación temporal de la temperatura (°C) del proceso de compostaje bajo un sistema abierto y cerrado. CONCLUSIONES En el sistema cerrado las temperaturas fueron significativamente más altas en relación al sistema abierto, de modo que podemos esperar una mayor tasa de descomposición en este sistema. El compostaje resulta ser un método apropiado 39
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para el tratamiento de la descomposición de residuos orgánicos, siempre que se tenga un cuidado especial en la dosis manejada y en los controles operativos del proceso del compostaje en ambiente apropiado. AGRADECIMIENTOS Agradezco su apoyo al Mg. Sc. Gilmar Goyzueta Camacho y al laboratorio de Ecología de la Facultad de Ciencias Biológicas por facilitar los instrumentos para la evaluación y disponibilidad del laboratorio. También al Dr. Sc. Ángel Canales Gutiérrez por sus consejos y correcciones en el proyecto. LITERATURA CITADA ALBURQUERQUE, J.A.; GONZÁLVEZ, J.; GARCÍA, D. & CEGARRA, J. 2007. Effects of a compost made from a solid by-product (“alperujo”) of a two-phase centrifugation system for olive oil extraction and cotton gin waste on growth and nutrients content ryegrass (Lolium perenne L.). Bioresource Technology, 98:940– 945.
Environmental Microbiology, 62:1550-1557. DALZELL, H.; BIDDLESTONE, A.; GRAY, K.; THURAIRAJAM, K. 1991. Manejo del suelo; producción y uso del composte en ambientes tropicales y subtropicales. FAO. Roma. DIAZ, L.F.; SAVAGE, G.M.; EGGERTH, L. & CHIUMENTI, A. 2007. Systems used in composting. En: Compost Science and Technology (L.F. Diaz, M. de Bertoldi, W. Bidling-maier y E. Stentiford, Eds.). Waste Management Series, 8:67-87. FAURE, D & DESCHAMPS, A.M. 1990. Physico-chemical and microbiological aspects in composting of grape pulps. Biological Wastes, 34: 251258. FONTANIVE, V; EFFRON, D.; TORTAROLO, F. & ARRIGO, N.M. 2004. Evaluation of parameters during composting process of two contrasting raw materials. Compost Science & Utilization, 12:268- 272.
BOLTA, S.V.; MIHELIC, R.; LOBNIK, F. & LESTAN, D. 2003. Microbial community structure during composting with and without mass inocula. Compost Science & Utilization, 11:6-15.
JOSHUA, R.S.; MACAULEY, J. & MITCHELL, H.J. 1998. Characterization of temperature and oxygen profiles in windrow processing systems. Compost Science & Utilization, 6:15-28.
BOULTER, J. I.; BOLAAND, G.J.; TREVORS, J.T. 2000. Compost: A study of the development process and end-product potential for suppression of turfgrass disease. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 16:115-134.
KIELY, G. 1999. Ingeniería ambiental: fundamentos, entornos, tecnologías y sistemas de gestión. Mc Graw Hill. 1331p.
CRAFT, C.M. & NELSON, E.B. 1999. Microbial properties of composts that suppress damping-of and root rot of creeping bentgrass caused by Pythium graminicola. Applied and
HOITINK, H.A.; VANDOREN, D.M. & SCHMITTHENNER, A.F. 1977. Suppression of Phytophthoracinnamomi in a composted hardwood bark medium. Phytopathology, 67: 561-565.
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KÖRNER, I.; BRAUKMEIER, J.; HERRENKLAGE, J.; LEIKAM, K.; RITZKOWSKI, M.; SCHELEGELMILCH, M.; STEGMANN, R. 2003. Investigation and optimization of composting processes – test systems and practical examples. Waste Management, 23:1726. KUTER, G.; BLACKWOOD, K.; DÍAZ, J.; DONOVAN, D.; DURFEE, E.; EPSTEIN, J.; HAY, M.; LANG, T.; RICHARD, G.; SAVAGE, R.; STRATTON, R.; TARDY, T.; WALSH, C. & WILLIAMS, T. 1995. Biosolids Composting. Water Environment Federation, Washington. 187 p. LABRADOR, J. 1996. La materia orgánica en los agrosistemas. Coedición Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. Ediciones MundiPrensa. Madrid, España. LUGO, S. 1998. Evaluación de los Proyectos de Compostaje en el Ecuador. Fundación Natura-REPAMAR-CEPISGTZ. Quito, Ecuador. MIRSA, V.; ROY, R.; HIRAOKA, H. 2003. On-farm composting methods. FAO/ Land and Water Discussion Paper. Roma.
Agricultura y el Medio Ambiente. Barcelona: Mundi-Prensa. SULER, D.J.; FINSTEIN, M.S. 1977. Effect of temperature, airation and moisture on CO2 formation in bench-scale, constinuos lythermophilic composting of solid waste. Appl. Environ. Microbiol, 33:345-350. SUQUILANDA, M. 2001. Diagnóstico para el desarrollo de agricultura orgánica en el Trópico de Cochabamba. Proyecto CONCADE/DAI. Cochabamba, Bolivia. VAN HEERDEN, I.; CRONJÉ, C.; SWART, S.H. & KOTZÉ, J.M. 2002. Microbial, chemical and physical aspects of citrus waste composting. Bioresource Technology, 81:71-76. WONG, J.C.; MARK, K.F.; CHAN, N.W.; LAN, A.; FANG, M.; ZHOU, L.X. & WU, Q.T. 2001. Co-composting of soybean residues and leaves in Hong Kong. Bioresource Technology, 76: 99106. ZHU, N.; DENI CH.; XIONG Y. & QUIAN, H. 2004. Performance characteristic of tree aeration system in the swine manure composting. Bioresource Technology. 95, 319-326.
PORTA, J., ACEVEDO, L. & ROQUERO, M. C. 1999. Edafología para la
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