biologia del compostaje por leslie cooperband
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Biología del compostaje
Leslie CooperbandDepartamento de Ciencias de SueloUniversidad de Wisconsin-Madison
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¿Por qué biología?
• PORQUE EL COMPOSTAJE ES UN PROCESO BIOLÓGICO
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Definición del Compostaje
• Transformación de materiales orgánicos crudos en un producto biológicamente estable, “semejante” al humus, apto para distintos usos suelo-planta.
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• 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
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Factores más importantes para un compostaje adecuado:
composición química de los insumos omateria primatamaño y forma de la materia prima (porosidad)población de organismos involucrados
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Los microorganismos degradan compuestos orgánicos para obtener energía y nutrientes para sus procesos vitales
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Los procesos de liberación deenergía incluyen:
• Respiración aeróbica : uso del O2como agente oxidante primario
• Respiración anaeróbica : uso decompuestos inorgánicos distintos del O2como agentes oxidantes (ej., nitrato)
• Fermentación: uso de un compuesto orgánico como agente oxidante(produce por ej., ácido acético)
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La respiración aeróbica es el proceso más eficiente en términos de rendimiento energético y es la forma más rápida dealcanzar la estabilidad biológica.
El “calor” generado en el compostaje esun producto de la respiración microbiana.
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Organismos involucradosen el proceso de
compostaje
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Mesofauna(“dientes y lengua”)
• Babosas, caracoles, ácaros, bicho bolita, lombrices, hormigas, cienpies, nematodes, escarabajos
• Efectúan la degradación mecánica inicial del material orgánico, reduciendoel tamaño de las partículas
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Microorganismos(“estómago e intestino”)
• Bacterias, hongos, actinomicetes, protozoarios
• Mayores responsables del proceso de compostaje
• Presentes en la materia prima, en elsuelo, o pueden ser agregados como inóculo
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Los microorganismos sepueden 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.)
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Patógenos
Las temperaturas de la etapa termofílicason las que producen la reducción de patógenos.
No se sabe nada acerca del efecto del compostaje sobre los priones (“vaca loca”).
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Calidad del sustrato (materia prima) y compostaje
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Degradabilidad de los compuestos carbonados:
carbohidratos > hemicelulosa > grasas/aceites > celulosa =
quitina > lignina
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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.
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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, materiafecal).
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Fósforo
• Azúcares fosforilados (ácidos nucleicos); fitatos (pared celular); fosfolípidos(membrana celular); fosfatos.
• El P de origen vegetal está generalmenteen formas orgánicas, el P de residuos animales en formas inorgánicas.
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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 lapérdida de N en forma de amonio gaseoso (ej., residuos animales)
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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
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Relación C:N de la materia prima
5-25Estiércol15-25Pasto
20Borra de café15-20Restos de verdura
C:N RatioMateriales ricos en N560Diario o cartón
150-200Papel100-130Corteza100-500Chip, viruta o aserrín40-100Paja30-80Hojas senescentes
C:N RatioMateriales ricos en C
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Los microorganismos necesitan Pademás de N para generar biomasa
La relación C:P también regula elproceso de compostaje
C:P >100:1 predomina inmovilizaciónde P
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Otros factores que afectanel proceso de compostaje
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Oxígeno
• El O2 en el aire de la pila no debería ser < 5%. Nivel óptimo: 10%.
• A medida que aumenta la temperaturade la pila, aumenta el consumo de O2.
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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.
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Temperatura• A mayores temperaturas, mayor
velocidad de descomposición de lamateria orgánica.
• Temperaturas demasiado altas (> 70 oC) inhiben el proceso de descomposición.
• La temperatura ambiente no afecta el proceso.
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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.
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• Algunas materias primas pueden aumentar el pH (residuos del procesadode 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.
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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 alsustrato.
• SIN EMBARGO, partículas demasiado finas crean poros pequeños flujo restringido delaire anaerobiosis.
• El chip crea porosidad, pero el C no estádisponible para los microorganismos.
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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.
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Resumen: requerimientos paracompostaje aeróbico y termofílico
55-60 oC45-66 oCTemperatura6.5-8.05.5-9.0pH
variable3-13 mmTamaño departícula
~10%> 5%Conc. O2
50-60%40-65%Humedad25:1-30:120:1-40:1Relación C:N
Rango idealRango aceptable
Parámetro