proyecto compost para[1]
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Proyecto Compost Para[1]TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
PLAN DE TESIS
PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO QUIMICO
PRESENTADO POR:
QUISPE CALERO, Ronald RUIZ FLORES, Karim
HUANCAYO – PERU
2011
OBTENCION DEL COMPOST MEDIANTE LA FERMENTACION DE RESIDUOS ORGANICOS UTILIZANDO BACTERIAS ACTIVADAS CON EXTRACTO DE BERROS Y
MAGUEY
Titulo : “OBTENCION DEL COMPOST MEDIANTE LA FERMENTACION DE RESIDUOS ORGANICOS UTILIZANDO BACTERIAS ACTIVADAS CON EXTRACTO DE BERROS Y MAGUEY”
1. Resumen
Los grandes volúmenes de residuos sólidos orgánicos domésticos que se encuentran en los mercados y sitios de acopios de basuras, están generando problemas de deposición, en vista de que los rellenos sanitarios disponibles en la ciudad de Huancayo están cerrándose y los que podrían abrirse por conflictos sociales no se permiten su aperturas y uso. Los esfuerzos por solucionar este problema social tienen muchos antecedentes los cuales indican el uso de estos residuos en la elaboración de compost, pero por el tiempo que dura la fermentación en promedio 45 días para lograr un bioabono para enriquecer los terrenos resultan en una acumulación cada vez más grandes de los residuos sólidos orgánicos, que en gran medida no solucionan el problema de deposición de residuos.
Ante este panorama, el trabajo de investigación se propone obtener compost mediante la fermentación acelerada de los residuos orgánicos domésticos empleando bacterias activadas con extracto de berros y maguey.
Para alcanzar este objetivo el tipo de estudio a llevar a cabo será explicativo y las corridas experimentales se efectuaran siguiendo un diseño experimental factorial simple de 2 x 2 x 2; es decir, tres variables temperatura, pH y humedad, con dos niveles cada uno; el número de experimentos será 8 y el numero de repeticiones 2; la población será los residuos orgánicos del mercado mayorista y el tamaño de muestra será acorde al tamaño de la cama de fermentación; para acelerar la fermentación haremos uso de los extracto de maguey y berros, y controlando los parámetros del fenómeno.
Los datos de la medición de la variable efecto serán tratados mediante el empleo de las herramientas estadísticas descriptivas para determinar sus desviaciones y de herramientas de estadística inferencial para la prueba de hipótesis como la construcción del cuadro ANVA de dos factores.
Lo que esperamos del resultado al realizar de este proyecto es de disminuir el tiempo de fermentación y descomposición del compostaje, para una vez aplicada al campo pueda dar buenos resultados, los cuales serán notorios en los frutos de plantas como, vegetales, hortalizas, tubérculos, frutas, etc.
Los resultados del proyecto están abiertos a los jóvenes interesados en poder desarrollar proyectos de este tipo, usando diferentes tipos de plantas desérticas, como acuáticas.
2. Objetivos
Objetivo General:
Obtener el compost por fermentación acelerada de los residuos orgánicos
usando bacterias activadas con extracto de berros y maguey para reducir l
tiempo de compostaje.
Objetivos Específicos:
Acondicionar las bacterias activadas utilizando extracto de berros y
maguey.
Determinar la relación carbono – nitrógeno para la materia prima del
compostaje a estudiar.
Establecer los parámetros de operación de pH, temperatura y humedad
en la fermentación con las bacterias activadas propuestas.
Evaluar la calidad del compost obtenido.
3. Lugar de Ejecución del Proyecto
Instalaciones de la Facultad de Ingeniería Química de la UNCP.
4. Justificación
Los resultados del estudio del proceso de descomposición de la materia
orgánica utilizando bacterias activadas con extracto de berros y maguey,
tendrán muchos beneficios ya que estas bacterias soportan todo tipo de
vertidos, trabajan en aguas dulces y saladas, soportan altas temperaturas y
presiones; además que tienen la facilidad de degradar sustancias toxicas, se
encargan de mantener un pH casi neutro, la humedad adecuada. Conservan
los nutrientes y enzimas naturales, regenerando estos mismos perdidos por el
desgaste del suelo.
Este compost es ideal para recuperar terrenos improductivos o contaminados,
además de que el producto final sea de buena calidad ya que producirán
buenos cultivos, no contamina el suelo ni el cultivo obtenido y sobre todo que
es económico y además de eso se acelera el proceso de descomposición de la
materia orgánica.
5. Conocimiento General del Tema
5.1. Revisión Bibliográfica (Antecedentes)
La práctica del compostaje deriva probablemente del tradicional cúmulo de
residuos en el medio rural, que se generaba en las tareas de limpieza y
mantenimiento de viviendas e instalaciones. Los desechos de las actividades
de granja, agropecuarias y domiciliarias se acopiaban por un tiempo a la
intemperie con el objetivo de que redujeran su tamaño para luego ser
esparcidos empleándolos como abonos.
Con el desarrollo de la microbiología y fundamentalmente a partir de los
trabajos de Sergius Winoggradsky (1856-1953) y Martinus Willem Beijerinck
(1851-1931) fue posible establecer el papel fundamental que desempeñan
los microorganismos como agentes geoquímicos, en los ciclos
biológicamente importantes de transformación de la materia en la biósfera.
Estos conocimientos, permitieron abordar la práctica tradicional del
compostaje con una base científica, instrumentando procedimientos y
técnicas que permiten mayoritariamente el control del proceso en su conjunto.
A lo largo de la historia, se han empleado distintos procedimientos en la
producción de compost que han generado numerosas publicaciones de
divulgación con diferentes enfoques, posiblemente debido al
desconocimiento de los mecanismos íntimos del proceso. Actualmente, se
conoce la base científica de este proceso, y se lleva a cabo de una forma
controlada. En tal sentido, el compostaje, se puede definir como un proceso
dirigido y controlado de mineralización y pre-humificación de la materia
orgánica, a través de un conjunto de técnicas que permiten el manejo de
las variables del proceso; y que tienen como objetivo la obtención de un
biofertilizante de características físico-químicas, biológicas y microbiológicas
predeterminadas, conocido como compost. A este proceso controlado de
compostaje lo denominamos Compostaje aerotérmico o termoaeróbico para
diferenciarlo de las técnicas tradicionales.
5.2.Revisión Bibliográfica (Marco Teórico)
a. COMPOST
En términos generales el compostaje se puede definir como una
biotécnica donde es posible ejercer un control sobre los procesos de
biodegradación de la materia orgánica. La biodegradación es consecuencia
de la actividad de los microorganismos que crecen y se reproducen en los
materiales orgánicos en descomposición. La consecuencia final de estas
actividades vitales es la transformación de los materiales orgánicos originales
en otras formas químicas. Los productos finales de esta degradación
dependerán de los tipos de metabolismo y de los grupos fisiológicos que hayan
intervenido. Es por estas razones, que los controles que se puedan ejercer,
siempre estarán enfocados a favorecer el predominio de determinados
metabolismos y en consecuencia a determinados grupos fisiológicos.
En una pila de material en compostaje, si bien se dan procesos de
fermentación en determinadas etapas y bajo ciertas condiciones, lo
deseable es que prevalezcan los metabolismos respiratorios de tipo
aerobio, tratando de minimizar los procesos fermentativos y las
respiraciones anaerobias, ya que los productos finales de este tipo de
metabolismo no son adecuados para su aplicación agronómica y conducen a la
pérdida de nutrientes.
Lo importante no es biodegradar, sino poder conducir esta
biodegradación por rutas metabólicas, que nos permitan la obtención de un
producto final lo más apropiado posible, en el menor tiempo posible. El éxito de
un proceso de compostaje, dependerá entonces de aplicar los conocimientos
de la microbiología, manejando la pila de compost como un medio de
cultivo.
a.1. Características del compost
Su color es oscuro, casi negro.
Tiene una gran capacidad de retención de agua.
Su olor es agradable parecido al de la tierra húmeda
Mejorador del crecimiento de las plantas y es posible de utilizar en terrenos
agrícolas o jardines, siendo un excelente o mejor sustituto a la tierra de hoja.
Agrega elementos esenciales al suelo y no nitrifica ni acidifica el terreno
como suele ocurrir con el uso de fertilizantes químicos.
a.2. Propiedades del compost
Mejora las propiedades físicas del suelo. 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 en el suelo. Se obtienen suelos más
esponjosos y con mayor retención de agua.
Mejora las propiedades químicas. Aumenta el contenido en macro nutrientes
N, P, K, y micronutrientes, la capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.) y es
fuente y almacén de nutrientes para los cultivos.
Mejora la actividad biológica del suelo. Actúa como soporte y alimento de los
microorganismos ya que viven a expensas del humus y contribuyen a su
mineralización.
La población microbiana es un indicador de la fertilidad del suelo.
a.3. Sistemas de compostaje
Existen varios sistemas de compostaje, no obstante, el objetivo de todos
es además de transformar los residuos en compost, conseguir las condiciones
consideradas letales para patógenos, parásitos y elementos germinativos
(semillas, esporas).
a.3.1. Sistema en camellones o parvas
Parvas, camellones o pilas es la denominación que se le da a la masa
de residuos en compostaje cuando la misma presenta una morfología y
dimensiones determinadas. A los sistemas donde se procesa el material
mediante la conformación de estas estructuras se le denomina Sistema en
Parvas o Camellones.
De acuerdo al método de aireación utilizado, este sistema se subdivide además
en:
Sistema en Parvas o Camellones MóvilesCuando la aireación y homogenización se realiza por remoción y
reconformación de las parvas y Sistema de Camellones o Parvas Estáticas,
cuando la aireación se realiza mediante instalaciones fijas, en las
áreas o canchas de compostaje (métodos Beltsville y Rutgers), que
permiten realizar una aireación forzada sin necesidad de movilizar las
parvas.
Sistema en reactores
Básicamente los reactores, son estructuras por lo general metálicas.
cilíndricas o rectangulares, donde se mantienen controlados
determinados parámetros (humedad, aireación), procurando que los
mismos permanezcan en forma relativamente constante. Los reactores
móviles además, posibilitan la mezcla continua de los desechos mediante
dispositivos mecánicos, con lo que se logra un proceso homogéneo en toda
la masa en compostaje.
Este tipo de sistemas, permite acelerar las etapas iníciales del
proceso, denominadas incorrectamente “fermentación”. Finalizadas estas
etapas activas biológicamente, el material es retirado del reactor y
acopiado para que se cumpla la “maduración”. Los sistemas de
compostaje en reactores son siempre sistemas industriales. Se aplican
en aquellas situaciones donde diariamente se reciben volúmenes
importantes de desechos, y para los cuales sería necesario disponer de
superficies muy extensas. Tal es el caso de las grandes plantas de triaje y
selección de Residuos Sólidos Domiciliarios (R.S.U.), donde a partir de la
fracción orgánica recuperada de este tipo de residuos se produce compost
en forma industrial.
a.4. MÉTODOS DE COMPOSTAJE
Entre las formas de compostaje más importantes que se promueven y utilizan
están:
a.4.1. Compostaje centralizado.- Composta grandes cantidades de desechos
por ejemplo de una comunidad, un barrio e incluso una ciudad, los métodos
son los siguientes:
Pila estática: Una gran pila de material orgánico.
Filas: El compostaje se hace en largas filas las cuales deben ser aereadas
dándoles la vuelta.
Contenedores centralizados: Son grandes máquinas donde se controlan
temperatura y oxígeno para procesar grandes cantidades de material
orgánico, de este método hay muchos tipos.
a.4.2. Compostaje casero.- Composta en pequeñas cantidades desechos
hogareños y de jardín, las técnicas mencionadas son:
Pilas caseras
Para un pila casera el tamaño debe ser entre 1 m x 1 m x 1 m y 1.75 x 1.75 m,
para garantizar autocalentamiento y aereación general. Si se aíslan los lados
de la pila se pueden mantener pilas más pequeñas, si se hacen pilas más
grandes hay que voltearlas frecuentemente o usar chimeneas de aire.
La pila de compostaje es probablemente el método más común de compostaje
hogareño. La pila tiene que ser cuidadosamente construida para mantener la
aereación y el calor. El sistema de estratificación tiene que ser seguido
cuidadosamente.
Compostaje en cajones
Los materiales orgánicos, tarde o temprano se compostan, la acción del ser
humano es para optimizar el proceso; muchos cajones se han diseñado para
controlar la humedad, aereación y temperatura.
Los cajones no son necesarios para el compostaje pero sirven para hacer la
pila más manejable y controlada, pueden hacerse de tela de gallinero y madera
y también de ladrillo y tambos con chimenea para el aire. Un método eficiente
es tener 2 cajones, uno para material fresco y el otro para el material que se
está curando.
El compostaje en un cajón requiere la misma estratificación, humedad,
aereación y volteo como en una pila.
Compostaje con gusanos
El uso de gusanos para el compostaje requiere menos esfuerzo que el
compostaje donde solo se utilizan bacterias.
Vermicompostaje
Consiste en utilizar un cultivo de gusanos para producir un acondicionador
del suelo formado con sus excreciones, este compostaje no tiene producción
de calor y además de producir abono se puede mantener una venta de
gusanos para la pesca. El vermicompostaje es ideal para el manejo de
desechos sólidos al interior de la vivienda, aunque en el campo se utiliza
para procesar aún más el abono producido por el otro compostaje, dejando
un producto de superior calidad.
El vermicompost listo para ser cosechado debe tener una alta proporción de
desechos de gusanos y todos los desechos de cocina al menos parcialmente
procesados.
Gusanos
Hay miles de variedades de gusanos, para el vermicompostaje los más
recomendados son los que se conocen como "Gusanos Rojos". Estos
gusanos no son los mismos gusanos de tierra.
Los gusanos rojos prefieren un ambiente oscuro, húmedo y de temperatura
moderada.
Los gusanos rojos le tienen aversión a la luz por eso las cajas deben estar
tapadas y por eso los gusanos nunca se escapan.
El ambiente debe ser húmedo pero no mojado, hay que recordar que los
gusanos son aeróbicos, por eso no se debe tener agua presente, pero
tampoco no debe estar seco.
Los gusanos toleran entre 5 y 27º C, pero son más activos entre 13 y 25º C.
a.5. Activadores del compostaje
a.5.1. Organismos Que Intervienen En El Compostaje
En la actualidad, cuando oímos la palabra “compostaje”, por el hecho de
provenir de una palabra inglesa “compost” (abono, estiércol) pensamos en
algún proceso raro, innovador, que contribuye a la mejora del medioambiente,
pero, nada más lejos de la realidad, el compostaje se viene practicando desde
hace siglos en nuestras granjas y no es más que aprovechar la capacidad de
autodepuración de la naturaleza que, de forma gratuita, nos proporciona los
microorganismos necesarios para degradar biológicamente la materia orgánica,
siendo nuestra única función la de controlar. Los factores ambientales que de
forma interrelacionada influencian dicho a proceso.
Mediante el compostaje doméstico podemos transformar residuos tales como
hojas, césped, restos de podas, residuos hortícolas, pieles de frutas, verduras y
restos de comidas en un material rico en humus, que al mezclarse con el suelo
mejora las propiedades físico-químicas y agronómicas de este, además
contribuimos a reducir el uso de abonos químicos, rebajamos el peso de
nuestra bolsa de basura y alargamos la vida útil de los vertederos.
Consumidores Primarios: Son aquellos que consumen directamente materia
orgánica muerta, tales como:
Bacterias: son los organismos más pequeños, numerosos y los primeros
en comenzar el trabajo, desempeñan el papel más destacado en la
descomposición de la materia ya que poseen una amplia gama de
enzimas capaces de romper químicamente una gran variedad de
compuestos orgánicos. Son organismos unicelulares con formas variadas,
los cocos poseen forma de esfera, los bacilos de bastón y las esperillas y
espiroquetas forma espiral.
Al comenzar el proceso predominan las bacterias mesofílicas que en
general corresponden a las especies que se encuentran en la superficie
del suelo, Pseudomonas, un grupo caracterizado por su diversidad
metabólica Bacillus, Thiubacillus y Enterobacter son algunos de los
géneros encontrados. Bacterias celulolíticas del género Celullomonas
también están presentes. A medida que el compost se calienta la
población inicial es desplazada por miembros del género Bacillus, un
grupo con capacidad de degradar proteínas y por actinomycetos.
La cantidad de Bacillus es regularmente alta entre los 50º y 55º C pero
decrece dramáticamente por arriba de los 60º C. Cuando las condiciones
se vuelven desfavorables estas bacterias sobreviven formando
endosporas y vuelven a estar activas cuando las condiciones se vuelven
favorables. A las mayores temperaturas del compost se han aislado
termófilas extremas como las bacterias del género Thermus.
En la fase termofílica (40 a 60º C) desarrollan fundamentalmente
bacterias del grupo de los actinomycetos. En el compost este grupo
cumple un rol fundamental en la degradación de compuestos orgánicos
complejos como la celulosa, las hemicelulosas, la quitina y la lignina.
Poseen enzimas capaces de degradar materiales resistentes como
corteza de árbol, trozos de madera y papel. Algunas especies aparecen
en la fase termofílica y otras se vuelven importantes en la etapa de
enfriamiento o maduración cuando sólo quedan los materiales más
resistentes y participan en las últimas etapas de formación del humus.
Los actinomycetos son los responsables del olor a tierra en la fase final
del compost. Forman filamentos ramificados en forma de telaraña que
suelen verse en la parte superior de la pila en las etapas finales.
Hongos: menores en número que las bacterias o actinomicetos pero con
mayor masa. Obtienen la energía de la materia orgánica de las plantas y
animales muertos. Crecen como filamentos casi invisibles o como
colonias blancas o grises vellosas en la superficie de la pila. Son
responsables de descomponer polímeros vegetales complejos, (celulosa,
hemicelulosas, pectinas, lignina) demasiado secos, ácidos o pobres en
nitrógeno para ser descompuestos por bacterias, permitiendo a estas
continuar el proceso de descomposición una vez que la mayor parte de
dichos polímeros han sido degradados. La mayoría viven en las capas
externas del compost cuando la temperatura es alta, creciendo en forma
de filamentos, formando colonias blancas o grises de textura
aterciopelada en la superficie de la pila.
Microorganismos fermentadores: organismos visibles que consumen la
materia orgánica directamente, tales como lombrices, moscas, ácaros de
fermentación, cochinillas, caracoles, limacos etc. Son más activos en las
etapas finales del compostaje.
Consumidores secundarios: macro organismos que se alimentan de los
anteriormente citados consumidores primarios. Dentro de este grupo
podemos citar tijeretas, ácaros de molde, rotíferos, protozoos, escarabajos,
nematodos y gusanos planos de tierra.
Consumidores terciarios: van a alimentarse de materia orgánica viva, tanto
de consumidores primarios como secundarios. En este grupo encontramos
arañas, seudo escorpiones, ácaros predadores, ciempiés, hormigas.
b. ETAPAS DEL PROCESO DE FERMENTACION
Durante el proceso del compost los microorganismos rompen la materia
orgánica y producen CO2, agua, humus, el producto orgánico final más estable
y calor. Bajo condiciones óptimas. El proceso de composting o compostaje
puede dividirse en cuatro períodos, atendiendo a la evolución de la
temperatura:
b.1. Mesolítico: La masa vegetal está a temperatura ambiente y los
microorganismos mesófilos se multiplican rápidamente. Como consecuencia de
la actividad metabólica la temperatura se eleva y se producen ácidos orgánicos
que hacen bajar el pH.
b.2. Termofílico: Cuando se alcanza una temperatura de 40 ºC, los
microorganismos termófilos actúan transformando el nitrógeno en amoníaco y
el pH del medio se hace alcalino. A los 60 ºC estos hongos termófilos
desaparecen y aparecen las bacterias esporígenas y actinomiceto. Estos
microorganismos son los encargados de descomponer las ceras, proteínas y
hemicelulosas.
b.3. De enfriamiento: Cuando la temperatura es menor de 60 ºC, reaparecen
los hongos termófilos que reinvaden el mantillo y descomponen la celulosa. Al
bajar de 40 ºC los mesófilos también reinician su actividad y el pH del medio
desciende ligeramente.
b.4. De maduración: Es un periodo que requiere meses a temperatura
ambiente, durante los cuales se producen reacciones secundarias de
condensación y polimerización del humus.
c. PLANTAS DESERTICAS
c.1. El Maguey: es una planta que crece y se desarrolla en casi todos los
climas y alturas. Se reconoce por sus hojas anchas, fuertes, suculentas, de
color verde con largos ápices acuminados y sigmoideos, de tallo corto y
macizo, con forma de roseta y tamaños que van desde 1.50 m a 3.40 m de
altura y hasta 5 m de diámetro. Tiene flores carnosas de pétalos dimorfos,
estrechos, doblados hacia el interior. Se le encuentra en terrenos planos y
montañosos, desde suelos profundos a superficiales.
Tradicionalmente esta planta se ha usado en España para la obtención de
fibras con las que fabrican cuerdas y tejidos bastos. Sus hojas troceadas se
han empleado también como alimento de ganado, y en Andalucía, debido a sus
saponinas, se utilizaba para lavar la ropa de luto, en la que el jabón corriente
deja cercos blanquecinos. Además de para fabricar tejidos, para destilar el
pulque, con el que se hacía vino, vinagre, miel y azúcar, y que servía para
sanar numerosas dolencias. Según la mitología azteca, el pulque, del que se
destila el mescal, era el licor con el que se curaba el dios Quetzacoatl.
El maguey (Agave spp) como planta para ensilar es una buena opción por su
alto contenido en azucares y su bajo pH.
c.1.1. Propiedades de estas Plantas
Seleccionando y cultivando aquellas especies y variedades que más
satisfacían sus necesidades.
Usos de Salmiana son muy variados, su aprovechamiento es tal que no queda
una sola de sus partes y productos que no tengan uno o varios fines
específicos, el principal productos del cual derivan su nombre genérico a nivel
popular “maguey pulquero” es el pulque, el cual es un fermento de la savia de
sus hojas o aguamiel.
El maguey manso y los agaves pulqueros en general tardan de 8 a 12 años
para florecer, momento en el cual son aprovechados para la extracción de
aguamiel, éste se extrae del área donde nace el cogollo y la yema vegetativa,
antes de la floración. Estas dos partes se cortan y posteriormente por medio del
raspado o desgaste de esta zona se forma una cavidad en el centro, hacia la
cual escurre la savia dulce de las hojas o aguamiel. El aguamiel al fermentarse
se convierte en pulque y se considera como la bebida más antigua y de más
tradición que aun se produce. El aguamiel también se toma como bebida
refrescante, atole y se produce miel, la cual se consume como endulzante y
golosina. Tanto en forma de aguamiel como de pulque se les consideran
bebidas con propiedades alimenticias por sus azucares, aminoácidos
esenciales y vitaminas, sus propiedades curativas son muchas, presentando
gran diversidad de preparaciones y maneras de ser aplicados.
Más de 30 especies de cepas de bacterias y levaduras han sido identificadas
en el pulque. Entre las bacterias se encuentran Lactobacillus, Leuconostoc,
Micricococcus, Sarcine y Bacillus. Así como las Zymomonas spp, bacterias que
aparentemente producen el etanol durante la fermentación del pulque.
c.2. Los Berros: Los antiguos peregrinos del Camino de Santiago empleaban
los berros como planta medicinal contra las inflamaciones, los dolores
producidos por el reuma, las grietas de la piel y otras heridas.
En muy pocos años, los berros han pasado de ser un hierbajo del que sólo se
alimentaban las ovejas, a una exquisitez que mejora, en sabor y en estética,
cada plato que toca. Esta planta herbácea está contraindicada para todos
aquellos que padezcan de gastritis, úlcera gastroduodenal, hipotiroidismo e
inflamación de las vías urinarias. Tampoco es aconsejable su consumo para los
pacientes con problemas de hipertensión.
Su forma estéticamente delicada y su sabor, ligeramente picante, han
convertido a los berros en uno de esos ingredientes que transforman una
ensalada en algo más que una mezcla de lechuga y tomate. Originaria de Asia
septentrional y Europa, esta planta tiene la ventaja añadida de ser hipocalórica
y tener un alto valor energético.
c.2.1. Variedades
Lo que comúnmente se conoce como berro no es una sola planta sino varias
que pertenecen a diversas especies, pero que comparten el sabor algo amargo
y picante. Es su contenido en estimulantes aceites etéreos de mostaza, lo que
le otorga ese sabor tan peculiar. Los brotes del berro de fuente o de agua son
de color verde oscuro. Crecen en el fondo de los estanques y a lo largo de las
corrientes de agua, y sus hojas son de las más nutritivas. A la hora de
comprarlos hay que tener en cuenta que los de las hojas grandes y oscuras
son los mejores.
c.2.2. Características
Se caracteriza porque sus hojas son brillantes, arqueadas y tienen forma de
cuchara. Esta especie crece silvestre en la zona septentrional y occidental de
Europa. En Alemania es conocida con el nombre de planta del escorbuto, ya
que, por su alto contenido en vitamina C antiguamente se empleaba para paliar
esta enfermedad.
Tabla N01: de la composición del berro por 100 gramos
PRINCIPIOS INMEDIATOSCOMPONENTES PESO (g)
Agua 92,8Proteínas 1,6
Hidratos de carbono 3,6Celulosa 0,6
grasa 0,3
OLIGOELEMENTOSCOMPONENTES PESOS
Azufre 0,147Fosforo 0,056Cloro 0,097
Potasio 0,103Magnesio 0.313
Calcio 0.211Hierro 0.003Zinc 0.00015
d. FACTORES O PARAMETROS QUE CONDICIONAN EL PROCESO DE COMPOSTAJE
Los responsables de la transformación en el proceso del compostaje son los
que se basan en la actividad de microorganismos que viven en el entorno,
todos aquellos factores que pueden limitar su desarrollo, serán limitantes del
propio proceso. Para conseguir que esta transformación se realice, en
condiciones controladas (aeróbicas y termofilas) hace falta una serie de
requisitos, que no son otros los que necesitan los microorganismos para
desarrollarse. Para que estos microorganismos puedan vivir y desarrollar la
actividad descomponedora se necesitan unas condiciones óptimas de
temperatura, humedad y oxigenación.
Los factores más importantes son:
d.1. Temperatura
La temperatura es consecuencia del tipo de proceso y por tanto un indicador de
su funcionamiento. El incremento de la actividad biológica genera calor, que es
retenido al considerarse el residuo una masa auto aislante, lo que provoca un
incremento general de la temperatura. El compost en gran escala de uso
comercial o para reciclado de residuos urbanos alcanza temperaturas entre 60
y 70º C en 3 o 4 días. Por arriba de 65º C se hace necesario remover o airear
la pila para evitar la muerte de los organismos beneficiosos. El incremento de la
temperatura, en la primera parte del compostaje indica la presencia de
materiales muy degradables y unas condiciones de trabajo adecuadas,
mostrando el desarrollo correcto del proceso. Se consideran óptimas las
temperaturas del intervalo 35-55 ºC para conseguir la eliminación de
patógenos, parásitos y semillas de malas hierbas.
La fase termofílica (40 a 60º C) dura desde varias semanas a varios meses
dependiendo del tamaño de la pila y de la composición de los ingredientes. En
esta fase la descomposición ocurre más rápidamente y es también importante
para destruir patógenos termosensibles. A temperaturas muy altas, muchos
microorganismos interesantes para el proceso mueren y otros no actúan al
estar esporados. Los invertebrados del compost sobreviven a esta etapa
moviéndose a la parte externa de la pila o permaneciendo en estado de
dormición. Para asegurar una reducción significativa de los patógenos el
compost debería mantenerse al menos 5 días a una temperatura mínima de
40º C, con temperaturas que excedan los 55º C por al menos 4 horas durante
este período. Cuando el compost empieza a enfriarse si se remueve la pila se
produce un nuevo pico de temperatura por el aumento del contenido de
oxígeno y la exposición de materia orgánica que no fue descompuesta.
Existe un momento en que la temperatura cae y no puede ser restablecida
mezclando o removiendo la pila. Esto indica el fin de la fase termofílica y en
este punto los microorganismos inician un largo proceso de curación o
maduración. En esta etapa continúan ocurriendo reacciones que hacen que la
materia orgánica remanente se vuelva más estable y apta para usar como
mejorador de suelo.
Los microorganismos se desarrollan sobre la superficie de las partículas
orgánicas. Por lo tanto, cuanto menor es el tamaño de las partículas aumenta
la relación superficie/volumen y esto conduce a un aumento de la actividad
microbiana, el sustrato carbonado está más disponible y por consiguiente la
velocidad de descomposición aumenta. Por otra parte cuando las partículas
son demasiado pequeñas y compactas la circulación de aire en el interior de la
pila empeora, lo que disminuye la disponibilidad de oxígeno y el ritmo de
descomposición.
d.2. Humedad
El agua es necesaria para facilitar que los nutrientes estén disponibles a los
microbios y para que éstos puedan realizar sus procesos reproductivos,
metabólicos y asimilativos. Un contenido bajo de humedad inhibe la actividad
microbiana, a medida se va alcanzando el límite inferior, el proceso de
descomposición se hace más lento, si se reduce a menos del 8% toda la
actividad microbiana se detiene; por eso es que los alimentos secos y salados
pasan mucho tiempo sin arruinarse. Si el contenido de humedad es muy alto,
se evita que el oxígeno esté disponible (condiciones anaeróbicas) para que los
microbios puedan digerir los desechos y se genera mal olor
En el proceso de compostaje es importante que la humedad alcance unos
niveles óptimos del 40-60 %. Si el contenido en humedad es mayor, el agua
ocupará todos los poros y por lo tanto el proceso se volvería anaeróbico, es
decir se produciría una putrefacción de la materia orgánica. Si la humedad es
excesivamente baja se disminuye la actividad de los microorganismos y el
proceso es más lento.
El contenido de humedad dependerá de las materias primas empleadas. Para
materiales fibrosos o residuos forestales gruesos la humedad máxima
permisible es del 75-85 % mientras que para material vegetal fresco, ésta
oscila entre 50-60%.
El contenido de humedad del material compostable varía mucho como se
muestra en la siguiente tabla:
Material Humedad relativa (%)Duraznos 80Lechuga 87Alimento seco (pellets) 10Diario 5
A menudo los materiales ricos en nitrógeno son muy húmedos y los ricos en
carbono son secos.
Combinando los distintos tipos de materiales se puede obtener una humedad
adecuada.
d.3. pH
Un rango de pH entre 5,5 y 8,5 resulta óptimo para los microorganismos del
compost. A medida que las bacterias y hongos digieren la materia orgánica se
liberan ácidos orgánicos. El pH influye en el proceso debido a su acción sobre
microorganismos. En general los hongos toleran un margen de pH entre 5-8,
mientras que las bacterias tienen menor capacidad de tolerancia (pH= 6-7,5).
Consecuentemente, en las primeras fases del compost se produce una caída
del pH que favorece el crecimiento de los hongos (generalmente acidófilos) y la
ruptura de la celulosa y la lignina. En general los ácidos orgánicos son
posteriormente consumidos en fases posteriores. Sin embargo, si el ambiente
se vuelve anaeróbico la acumulación de ácidos como resultado de la
fermentación puede bajar el pH por debajo de 4,5 y limitar seriamente la
actividad microbiana.
d.4. Oxígeno
El oxígeno es esencial para mantener el metabolismo respiratorio que conduce
a la oxidación del material de la pila. Al comienzo de la actividad oxidativa la
concentración de oxígeno en los poros es cercana al 15-20 % (semejante a la
concentración de la atmósfera) y la de CO2 oscila entre 0,5 y 5 %. A medida
que la actividad biológica progresa el oxígeno cae y el CO2 aumenta. Si la
concentración de oxígeno cae por debajo del 5 % se crean condiciones de
anaerobiosis. Mientras la actividad anaeróbica se mantiene baja la pila actúa
como un biofiltro que atrapa y degrada los compuestos olorosos que resultan
de la descomposición anaeróbica. Cuando la actividad anaerobia aumenta por
encima de cierto límite se producen olores desagradables y el compost no
alcanza su estado maduro.
El suministro de oxígeno al material en descomposición se realiza mediante los
sistemas de aireación y/o volteo de cada tecnología. La aireación también
puede producirse de forma natural por ventilación pasiva cuando la mezcla
tiene una porosidad y una estructura que favorece el intercambio de gases por
fenómenos físicos: Difusión, evaporación, diferencias de temperaturas.
El compostaje es un proceso aeróbico, por lo que la presencia de oxígeno es
esencial. La concentración de oxígeno dependerá del tipo de material, textura,
humedad, frecuencia de volteo y de la presencia o ausencia de aireación
forzada.
d.5. Relación C/N equilibrada
El carbono y el nitrógeno son los dos constituyentes básicos de la materia
orgánica. Por ello para obtener un compost de buena calidad es importante que
exista una relación equilibrada entre ambos elementos. Teóricamente una
relación C/N de 25-35 es la adecuada, pero esta variará en función de las
materias primas que conforman el compost. Si la relación C/N es muy elevada,
disminuye la actividad biológica. Una relación C/N muy baja no afecta al
proceso de compostaje, perdiendo el exceso de nitrógeno en forma de
amoniaco. Es importante realizar una mezcla adecuada de los distintos
residuos con diferentes relaciones C/N para obtener un compost equilibrado.
Los materiales orgánicos ricos en carbono y pobres en nitrógeno son la paja, el
heno seco, las hojas, las ramas, la turba y el aserrín. Los pobres en carbono y
ricos en nitrógeno son los vegetales jóvenes, las deyecciones animales y los
residuos de matadero.
Las relaciones C/N de materiales usados para el compost se muestran en la
siguiente tabla:
Materiales ricos en Carbono C/NHojas en otoño 30-80:1
Paja 40-100:1
Astillas de madera o aserrín 100-500:1
Papel 150-200:1 5
Diario o cartón corrugado 560:1
Pasto cortado 15-25:1
Estiércol 5-25:1
Materiales ricos en Nitrógeno C/NRestos vegetales 15-20:1
Café 20:1
d.6. Población microbiana.
El compostaje es un proceso aeróbico de descomposición de la materia
orgánica, llevado a cabo por una amplia gama de poblaciones de bacterias,
hongos y actinomicetos.
6.3. Planteamiento del problema
6.3.1. Caracterización:Uno de los problemas que encontramos al realizar este proyecto de
investigación fue el tiempo de descomposición de la materia orgánica que en
un compostaje común es muy prolongado, por lo cual utilizaremos bacterias
activadas con berros y maguey como catalizador para acelerar dicho proceso y
así poder obtener un mejor producto sin contaminar el suelo y ahorrando
dinero.
6.3.2. Formulación del Problema
Pregunta general:
¿Cuáles son las condiciones de operación del fermentado de residuos
orgánicos por medio de bacterias activadas con extracto de berros y maguey
para mejorar el tiempo de compostaje?
Preguntas especificas:
¿Cuál es el procedimiento de activación de las bacterias para la mejora del
tiempo de compostaje?
¿Qué relación de carbono – nitrógeno es el buscado para la materia prima
del compostaje a estudiar?
¿Cuáles son los parámetros de operación de pH, temperatura y humedad,
en la fermentación con las bacterias activadas propuestas?
¿Cuál es la calidad del compost obtenido?
7. Hipótesis
H1= el uso de bacterias activadas con extracto de berros y maguey influye en el
tiempo, temperatura y pH para la obtención del compost de alta calidad.
8. Metodología de Investigación
8.1 variables:
Variable controlada: pH; humedad
Variable independiente: tiempo (t), temperatura (Tº), Relación C/N
Variable dependiente: % N (calidad)
8.2 tipo de diseño: experimental factorial; 23
Tabla Nº2: matriz de experimentos
Nº VARIABLES RESULTADOSt (días) T (ºC) C/N I II III
1 30 40 25 * * *2 40 50 25 * * *3 30 40 25 * * *4 40 50 25 * * *5 30 40 35 * * *6 40 50 35 * * *7 30 40 35 * * *8 40 50 35 * * *
8.3 Población y muestra:
Población
Muestra
8.3.1. Población: Residuos orgánicos del Mercado Mayorista de Huancayo
8.3.2. Muestra: 10 kg de residuos orgánicos del Mercado Mayorista de Huancayo tomados en forma aleatoria.
9. Programas de acciones
ACTIVIDADES 2011Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago.
Elaboración del proyecto
X x x
Recopilación bibliográfica
x x x
Preparación de materiales y reactivos
x x
Recopilación de datos
x X
Tratamientos de datos
x X
Resultados y discusión
X
Redacción del borrador del informe final
X x
Presentación y defensa de la tesis
x
10. Recursos
10.1. Entidad ejecutora: Facultad De Ingeniería Química.
10.2. Entidad patrocinadora: Facltad de Ingeniería Química
10.3. Instalaciones, equipos e instrumentos:
10.3.1. Instalaciones: Laboratorios de la facultad de Ingeniería
Química de la Universidad Nacional del Centro del Perú
10.3.2. Equipos, materiales e instrumentos:
Peachimetro
Termómetro
Mufla
Balanza
Residuos orgánicos
Berros
Maguey
Bacterias de la unidad de producción de compost de la
provincia de Concepción
10.4. Ejecutores:
QUISPE CALERO Ronald
RUIZ FLORES Karim
11. Presupuesto y calendario de gastos
ACTIVIDADES 2010 2011 Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago.
Elaboración del proyecto
120 100 160
Recopilación bibliográfica
100 150 150
Preparación de materiales y reactivos
880 750 720
Recopilación de datos
100 150
Tratamientos de datos
80 120
Resultados y discusión
120
Redacción del borrador del informe final
150 150
Presentación y defensa de la tesis
200
Total del presupuesto: S/. 4200.00
11. Referencias Bibliográficas
TESIS:
MAMANI QUISPE, Rosa y CASTRO CCORA, José Antonio. “enseñanza
y aprendizaje de la obtención del abono compost, en la asignatura de
biología” Tesis, UNCP, Huancayo 1995
CHILTON CAMACHO, Eduardo, “Compostaje altoandino, suelo vivo y
cambio climático”. CienciaAgro, Vol 2, 221- 227, 2010.
CARDONA ALZOTE, Carlos et. al., “Biodegradación de residuos
orgánicos de plazas de mercado”, Biotecnologia, Vol VI, Nº 002, pp 78-
89, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 2004.
OCHOA SOTO, Isabel, “Curso de compostaje en la UAM”, Universidad
Autónoma de Madrid, 2010. España.
CHANDLER, Cintia et. al., “Efecto de la aireación en el compostaje del
bagacillo de la caña de azúcar”, Universidad de Cadiz, Multiciencias, Vol
8, Nº 001, pp 19-27, Venezuela.
PÁGINAS WEB:
http://www.google.com.pe/compostaje/klm.htm
http://www.infoagro.com/abonos/compostaje2.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Compost
http://www.slideshare.net/jose1001/biologia-del-compostaje
http://www.microsoftencarta.com
http://www.cepis.org.pe/bvsacg/guialcalde/3residuos/3-4residuos.htm
http://www.webdehogar.com/jardineria/compost-compostaje-abono-
organico-elaboracion-componentes.htm