Gina Paola Borrero González (a), Fabián Pacheco Rodríguez (b), Dagoberto Arias Aguilar (c), Rooel Campos Rodríguez (d)
Introducción
El compostaje se define como la transformación biológica de los residuos en condiciones controladas; es gestionar los residuos orgánicos de una manera respetuosa con el entorno, involucrando y responsabilizando a la sociedad que los produce y dando al compost el destino adecuado [4].
El proceso de compostaje pasa a través de cuatro fases, marcadas por los cambios de temperatura. La fase mesófila (20 – 35°C): la actividad bacteriana actúa sobre los compuestos de la materia orgánica (MO) más fácilmente. La fase termófila (35 – 65°C): el compost alcanza una temperatura que se mantiene por encima de los 60° y actúan los microorganismos que digieren moléculas más complejas. Esta fase es importante para la higienización del compost, debido a altas temperaturas que eliminan la mayor parte de patógenos; sin embargo, temperaturas muy elevadas (65-70°C) muchas poblaciones de microorganismo benéficos, mueren o permanecen en forma de esporas [2].
La fase de enfriamiento sucede cuando las moléculas de materia orgánica más fácilmente biodegradables y las fuentes de energía han sido degradadas, lo cual lleva a una disminución de la actividad microbiana y de la temperatura. Es la fase final de la maduración, en donde se produce la humificación del compost. Esta fase se produce a temperatura ambiente [3]. Durante el proceso de compostaje se presentan variables que son importantes de considerar, como la temperatura, el pH, la humedad y la relación carbono- nitrógeno.
Respecto a los microorganismos en el compostaje, la elevada presencia de éstos es vital e indispensable en todo proceso de degradación, descomposición o fermentación de los materiales orgánicos, hasta transformarlos en humos o material asimilable por las plantas [2].
Medir el comportamiento de las principales variables físicas, químicas y biológicas del proceso de compostaje doméstico es lo que desarrollamos en esta investigación.
Metodología
Para el compostaje de residuos orgánicos domiciliarios (ROD) se compararon los métodos: el sustrato inoculado con Microorganismo de Montaña (MM), sustrato inoculado con Takakura (TAKA), sustrato de MM sin inoculación de microorganismos (MMT) y Takakura sin inoculación de microorganismos (TAKAT), además de un testigo absoluto, cuyos ROD no llevaron ningún tipo de sustrato ni inoculación microbial. El estudio fue completamente aleatorio con cuatro repeticiones para cada tratamiento, para un total de 20 unidades experimentales.
La unidad experimental (UE) consistió en un recipiente plástico con orificios, que permitió el paso del aire desde todas las direcciones; de una capacidad de 0,035 m3, donde se realizó el compostaje de los ROD de origen domiciliario, con los tratamientos correspondientes.
Se tomaron muestras compuestas de 1 kg de los diferentes sustratos microbiales (MM y TAKA), de los sustratos testigos (MMT y TAKAT) y de los ROD de la incorporación inicial, para realizar análisis microbiológico del conteo de unidades formadoras de colonia (bacterias, hongos, actinomicetes, Lactobacillus spp. y levaduras).
El proceso de aporte inició el 24 de septiembre del 2013 y finalizó el 11 de octubre del mismo año con una frecuencia de 2 a 3 veces por semana, incluyendo los residuos acumulados en los días que no se realizaron aportes. Los aportes se realizaron en horas de la mañana. En total cada UE recibió siete aportes de materia orgánica, durante las tres semanas, en donde se procesó un total de 27 kg de residuos por cada una.
Luego de realizar el último aporte de residuos orgánicos a las UE, se dejó composteando durante 17 días más. En este periodo también se realizaron las mediciones de temperatura y pH, además de realizar las observaciones sensoriales cualitativas del estado de los residuos, en cada una de las UEs.
La eficiencia en la reducción de los residuos orgánicos se consideró como la relación porcentual entre el peso del material resultante (día 35) con respecto al peso inicial en base húmeda. El peso inicial del material es la suma del sustrato (5 kg) más los residuos orgánicos incorporados en los siete aportes (27 kg), para cada una de las compostadoras. Para todas las unidades compostadoras el peso inicial de material fue de 32 kg.
Resultados y discusión
El análisis inicial de microorganismos que se inocularon con cada tratamiento, confirmaron la presencia de una alta y diversa población de microorganismos en todos los tratamientos, hasta en los ROD del primer aporte. Las poblaciones altas de microorganismos aumentan los procesos de degradación de los ROD en el compostaje e impiden el establecimiento de patógenos, por inhibición, competencia, antagonismo depredación y antibiosis [5].
En este sentido el sustrato TAKA, contiene mayores poblaciones bacterias, levaduras y Lactobacillus spp., en comparación al sustrato TAKAT (testigo), que presenta mayores poblaciones de actinomicetes y hongos, posible respuesta a la mayor disponibilidad de nutrientes en el sustrato TAKAT.
En el caso del sustrato MM, en comparación con su testigo y el sustrato TAKA, las poblaciones mayores son de actinomicetes y levaduras, y su testigo MMT y TAKA contienen mayores poblaciones de bacterias, hongos y Lactobacillus spp. Sin embargo, a nivel de balance de poblaciones se puede observar que el MM tiene un mejor balance.
Para todos los casos se observa que en los sustratos con mayor población de actinomicetes, las poblaciones de bacterias, levaduras y hongos son menores.
Al igual que los tratamientos en donde se usaron sustratos microbiales, los residuos orgánicos (ABST) contienen una carga alta de microorganismos; pero esto es muy variable, ya que depende de los residuos que se generan en cada hogar y la disponibilidad de nutrientes que promueven la reproducción de microrganismos. En este sentido se confirma que los microorganismos están presentes en los residuos, y lo que se requiere son condiciones óptimas para que éstos realicen un compostaje adecuado.
De manera general estos resultados sugieren que la presencia de microorganismos no está relacionada al método de producción de los mismos, sino a otras condiciones como el tipo de sustrato y a las condiciones ambientales; por ejemplo a que los microorganismos están presentes en la atmósfera.
Respecto a la temperatura durante el proceso de compostaje, se puede indicar que todos los tratamientos lograron alcanzar temperaturas termofílicas (≥ 35°C), a partir del segundo día de aporte e inoculación, con excepción del testigo absoluto (residuos sin tratamiento), que presentó temperaturas mesofílicas (≤ 30°C). Esto indica claramente una relación entre la aplicación de los tratamientos y el aumento de la temperatura.
La evolución de la temperatura en los tratamientos MM, MMT, TAKA y TAKAT, presentó un comportamiento similar de aumentos y descensos, con valores de temperatura óptimos para el proceso de compostaje y su inocuidad. Sin embargo, existen diferencias estadísticamente significativas entre las medias de los tratamientos, con un valor de p=0,0001, por lo que los tratamientos que presentan ventajas comparativas en cuanto a la temperatura del compostaje de residuos orgánicos a escala domiciliaria son el TAKA y el TAKAT.
El tratamiento TAKA alcanzó su temperatura máxima (60 °C) al tercer día, en comparación con el resto de tratamientos, cuyas temperaturas máximas fueron TAKAT (56 °C), alcanzada al cuarto día, MMT (53°C), al tercer día y el tratamiento MM que obtuvo su valor máximo de temperatura de 51°C hasta el día 17, justo un día después del sexto aporte de residuos orgánicos. Con estos picos de temperatura se garantiza la reducción de microorganismos patógenos, que requieren temperaturas de 50 °C durante 24 horas o 46ºC durante una semana para eliminarse [5].
Las temperaturas indican que los tratamientos alcanzaron las condiciones necesarias para iniciar el proceso de compostaje adecuado: relación C/N, oxígeno y humedad, principalmente. Asimismo, las máximas temperaturas presentadas en los tratamientos no lograron sobrepasar temperaturas que pudieran inhibir la biodegradación del material.
En cuanto a las temperaturas mesofílicas o fase de enfriamiento, los tratamientos MM y MMT, fueron los primeros en reducir la temperatura a valores menores de 35°C (día 24); seguidos por el tratamiento TAKA, que al día 28 ya registraba temperatura menor a 35°C. El último en llegar en reducir la temperatura a estos valores, fue el TAKAT, el día 28.
Al día 35 del proceso (último día), todos los tratamientos registraron las temperaturas mínimas (24-26 °C), valor que está por debajo de la temperatura de inicio del proceso y de la temperatura ambiental. Con ello se da por terminado el proceso fermentativo del compostaje en el experimento.
Para el caso del pH, en todos los tratamientos presentó una evolución normal durante el proceso de compostaje; de acuerdo a lo reportado por Moreno y Bueno [3,2], en donde se generó una fase de alcalinización del material, debido a la perdida de los ácidos orgánicos y a la generación de amoniaco originado por la descomposición de proteínas [3].
Al final del compostaje, el pH en todos los tratamientos estuvo dentro del rango permitido para compost. El valor del pH del ABST, a pesar de estar dentro del rango óptimo, no se considerará como un compost, debido a que este material presenta características de putrefacción, por su mal olor y presencia de larvas, entre otros aspectos.
En la medición del volumen se observó que a partir del día 18, después del último aporte, todos los tratamientos disminuyeron de forma paulatina su volumen. Sin embargo, los tratamientos MM, TAKA y ABST, presentaron diferencias significativas en el porcentaje de reducción.
Por otro lado, el tratamiento TAKA, presentó una reducción significativa de su volumen (36%) con respecto al MM (24%); pero dicha reducción no es significativamente diferente a la de los tratamientos MMT (32%) y su testigo TAKAT (30%). Los sustratos con valores más altos en la reducción del volumen coinciden con los sustratos cuyas temperaturas fueron más altas.
En cuanto a la eficiencia en la reducción de los ROD, el tratamiento TAKA presentó el mayor porcentaje de reducción de la masa inicial (80%), siendo el más eficiente en comparación con los demás; sin embargo, este valor no es significativamente diferente al porcentaje de eficiencia obtenido por su testigo TAKAT.
En cuanto al tratamiento ABST, la pérdida de masa fue de sólo el 53 % de la masa inicial de ROD. Esta reducción responde al proceso normal de compostaje en donde se reduce el volumen y la masa, debido a la actividad microbiana, que genera emisión de gases (CO2), vapor de agua y lixiviados. Estos representan más de la mitad del peso de los materiales originales [1]. Se considera que en el tratamiento ABST este valor no responde a la eficiencia de reducción de los residuos, sino a la perdida de agua, ya que los residuos aún se podían identificar.
Se registraron las observaciones de atributos cualitativos importantes para la aceptación y potencial uso de este tipo de tecnologías por parte de personas que no tienen experiencia en el compostaje de residuos domésticos.
El tratamiento MM y TAKA presentaron condiciones idóneas para su aceptación. Su olor fue agradable, no hubo presencia de insectos, ni generación de lixiviados y se presentó una humedad adecuada. Por otro lado, la degradación de los residuos fue más rápida en comparación con sus testigos en ambos casos, ya que al tercer día de aportar residuos éstos ya no se identificaban. La estructura del material de ambos tratamientos facilitó la incorporación y mezcla de nuevos residuos durante la etapa de aportes.
En cuanto a los tratamientos testigos MMT y TAKAT, se observó la presencia de larvas, insectos y olores desagradables. En el caso de TAKAT se generaron lixiviados entrelos días 4 y 7 del proceso. Por último, en estos tratamientos se compactó el material, lo cual dificultaba la introducción y mezcla de nuevos aportes.
Las observaciones realizadas al tratamiento ABST presentaron condiciones desfavorables para su potencial aceptación. Al no tener ningún tipo de tratamiento que estabilizara los residuos que se caracterizan por el alto contenido de agua y nitrógeno se generaron olores desagradables durante todo el proceso. La producción de lixiviados fue constante y la presencia de insectos, moscas, mosquitos, larvas y gusanos se presentó desde el primer día hasta el final del proceso.
Conclusiones
Los sustratos evaluados tuvieron un efecto satisfactorio en el comportamiento de las variables biológicas, físicas y químicas, medidas durante el proceso de compostaje de los residuos sólidos orgánicos a escala doméstica. Por lo tanto, se validan dichos sustratos como degradadores de residuos orgánicos domésticos, garantizando la reducción de los residuos, inocuidad del tratamiento y la producción de compost con un alto valor para uso en jardinería y agricultura.
Se presentaron diferencias significativas en las mediciones de las variables físicas y químicas durante el proceso de compostaje, que destacan la mayor eficiencia del sustrato TAKA en la degradación y reducción de los residuos orgánicos en compostaje doméstico.
Se evidenció el efecto positivo del uso de microorganismos nativos en los sustratos, con diferencias significativas en las variables de temperatura y pH medidas durante el compostaje con el sustrato TAKA, y en las variables pH con el sustrato MM. Para las demás variables físicas no se presentaron diferencias significativas entre los sustratos evaluados y sus respectivos testigos.
El compostaje de los residuos orgánicos con el uso de los sustratos MM y TAKA se generó en condiciones libres de malos olores, sin lixiviados y sin insectos, en comparación con el testigo ABST, que presentó un proceso de putrefacción, que llevó a la generación de malos olores, lixiviados y una gran cantidad de insectos y larvas.
a Máster en Gestión de Recursos Naturales. Instituto Tecnológico de Costa Rica gina.borrero@gmail.com
b Máster en Agrobiologia. Centro Nacional Especializado en Agricultura Orgánica, Instituto Nacional de Aprendizaje (INA). fpachecorodriguez@ina.ac.cr
c Doctor en Ciencias Forestales. Instituto Tecnológico de Costa Rica. darias@tec.ac.cr
d Doctor en Ciencias Naturales para el Desarrollo. Instituto Tecnológico de Costa Rica. rocampos@tec.ac.cr
(*) Texto completo publicado en el marco del VI Simposio Iberoamericano de Ingenieria de Residuos.
Referencias:
[1] Arrigoni, JP. 2011. Evaluación del desempeño de diferentes prototipos de compostadores en el tratamiento de residuos orgánicos. Tesis M.Sc. en intervención ambiental. Facultad de ingeniería de la Universidad Nacional del Comahue. Neuquén, AR. 126 p.
[2] Bueno, M. 2010. Cómo hacer un buen compost. Manual para horticultores ecológicos. 5 ed. Navarra. ES. La fertilidad de la tierra ediciones. 170 p.
[3] Moreno, J; Moral, R. 2008. (Eds. Cient.) Compostaje. Ediciones Mundi Prensa. Madrid. ES. 570 p.
[4] Soliva, M., López, M., Huerta, O. 2008. Pasado, presente y futuro del compost. Escuela Superior de Agricultura de Barcelona (en línea). Consultado 4 ago. 2013. Disponible en http://www.soilace.com/pdf/pon2008/d26/Cas/05_MSoliva.pdf.
[5] Uribe, L. 2003. Calidad microbiológica e inocuidad de los abonos orgánicos. In Meléndez, G; Soto, G; Uribe, L. eds. Abonos Orgánicos: principios, características e impacto en la agricultura. Costa Rica, CATIE, UCR. 179 – 200 p.