Principios Básicos del Compostaje

Principios básicos del compostajeDefinición del compostaje

A continuación se describen diferentes definiciones del término compostaje:
El compostaje es la degradación aeróbica (o sea, en presencia de oxígeno) de materia orgánica por la acción de microorganismos en condiciones “controladas” de aireación, humedad y temperatura.  Estos microorganismos transforman los residuos degradables en un producto “estable” e higienizado, aplicable al suelo como abono o sustrato (Yu et al, 2008).
    
También se puede definir como un proceso biológico en medio aeróbico, en el cual los sólidos orgánicos húmedos son transformados a formas más estables llamadas compost (Senesi, 1998); sustancias similares al humus (like-humic) (Universidad Nacional de Colombia, Zapata, R.  Medellín).

De acuerdo con la Norma Técnica Colombiana, NTC-5167, el compostaje es el proceso de oxidación aerobia de materiales orgánicos que conduce a una etapa de maduración mínima (estabilización), se convierten en un recurso orgánico estable y seguro para ser utilizado en la agricultura.

El Ministerio de Ambiente y Desarrollo Territorial de Colombia (2006), definió el compostaje como el proceso biológico en presencia de oxígeno,  más frecuentemente utilizado para la transformación de la fracción orgánica (residuos de jardín, residuos sólidos domésticos separados en la fuente) de los residuos sólidos domésticos a un material único estable conocido como compost

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El Proceso de Compostaje

Proceso de compostaje   Proceso de compostaje


A partir de una cantidad adecuada de residuos orgánicos se aportarán la materia orgánica, minerales y microorganismos para que, en las condiciones de aireación y humedad apropiadas, se produzcan las reacciones de descomposición.  

En el montón de residuos, los diferentes grupos de microorganismos empezarán a trabajar rompiendo las moléculas, de las más simples a las más complejas, y las trasforma en compost.  De hecho, se trata de un proceso natural como cuando en un bosque caen las hojas de los árboles y se convierten en humus. El hombre, mediante el compostaje, solo trata de proporcionar las condiciones adecuadas para acelerar el proceso y este proceso generará un producto de color oscuro, de consistencia liviana y olor terroso, que no guarda ninguna similitud con los materiales que lo originaron.
En cuanto al flujo de materiales, con 100 kg de residuos orgánicos se obtienen entre 30-40 kg de compost, algo menos de la mitad del material inicial; el resto se evapora en forma de vapor de agua y CO2.

Durante el proceso, como consecuencia de la oxidación del carbono a CO2, se produce energía en forma de calor.  Esta queda retenida en la masa de residuos que se está transformando, de forma que el material se calienta, hasta alcanzar los 75 ºC en las zonas interiores de la pila de compostaje.

Etapas del compostaje

1. Preparación. Los residuos orgánicos excedentes de los alimentos durante su preparación, como son cáscaras o partes  de frutas, hortalizas, sobras sólidas de alimentos ya preparados, de carnes,  hojas de poda de sus matas internas, flores y tallos picados de arreglos naturales, son almacenados en recipientes separados y con tapa. Estos residuos para ser llevados a compostaje se deben  preparar para controlar su humedad (exceso de agua), para lograr una relación balanceada de Carbono-Nitrógeno (C/N) y tener una textura y tamaños adecuados. Los plásticos, vidrios, papeles, metales,  no deben  mezclarse con los residuos orgánicos que van a compostaje, ya que no son  transformables por las bacterias.
La humedad, se puede  controlar por medio de adición de aserrín o viruta de madera, en  proporciones variables: 2 ó 3 partes en volumen de alimentos, por una de aserrín o viruta.

El tamaño de las partes de residuos a compostar puede estar de 1 a 10 cms,  como el bagazo de la naranja y la mandarina. En general no se requiere picar los residuos, salvo algunos de gran tamaño  como la parte superior de la piña, sandías o papayas, enteras, etc.

La relación Carbono (C)/Nitrógeno (N), se puede ajustar con residuos ricos en N, como son  la  equinaza o gallinaza. La relación recomendada es de 25 a 30 partes de C, por 1 de N

2. Descomposición Mesófila. Al inicio del proceso, los residuos  preparados, están a  temperatura ambiente (menor de 40ºC), por lo cual  los microorganismos llamados mesófilos se multiplican rápidamente, hay gran actividad metabólica (transformación de algunos compuestos como azúcares y aminoácidos), la temperatura comienza a subir y  se producen ácidos orgánicos que hacen bajar el pH.

3. Descomposición Termófila. En esta fase, la temperatura es superior a 40° y sube hasta  60º-65°C. Microorganismos llamados  termófilos, transforman el Nitrógeno (N) en Amoníaco (NH3), por lo cual  el pH se hace alcalino.  A los 60º-65°C,  estos hongos termófilos desaparecen y dan paso a las bacterias esporígenas y actinomicetos, que tienen capacidad para descomponer sustancias orgánicas como  las ceras, las proteínas y hemicelulosas.  

4. Descomposición Mesófila de Enfriamiento.  La temperatura comienza a descender por debajo de 60ºC, y reaparecen los hongos termófilos que reinvaden la parte superior del residuo (mantillo) y lograr descomponer compuestos, como  la celulosa.  Al bajar de 40ºC, los mesófilos también reinician su actividad y el pH del residuo, desciende ligeramente.

5. Maduración.  Requiere de 1 a 2 meses en promedio y se realiza exponiendo el compost   a temperatura ambiente y protegido de la lluvia. Durante este período, se producen reacciones secundarias de condensación y polimerización del humus;  desciende el consumo de oxígeno y la fitotoxicidad del compost debe estar controlada.

6. Afinación.  Se realiza para homogenizar y mejorar el tamaño de partículas del compost (granulometría), para regular la humedad a valores menores de 40%, seleccionar por cernido el residuo no compostado o impurezas, se toman muestras para análisis de laboratorio y  control de calidad (en caso de procesos industriales o con fines comerciales), el empaque y etiquetado si fuese el caso.

Proceso de compostaje


En la siguiente Figura se resumen las diferentes etapas del proceso y las variaciones típicas de la temperatura durante la transformación y estabilización de la materia orgánica biodegradable en condiciones aeróbicas, en función del tiempo.

Cuanto mayor es la cantidad de residuos que se composta, mayor es la energía liberada, favoreciendo el incremento de la temperatura.  Este punto del proceso es muy importante porque las altas temperaturas alcanzadas higienizan el material, es decir, se destruyen los patógenos, protozoos y semillas que resultan perjudiciales para la salud o los cultivos.  Si el proceso se desarrolla correctamente, cuando las moléculas se han descompuesto, la actividad microbiana disminuye y vuelven a bajar las temperaturas del material hasta equilibrarse con el ambiente.

Condiciones del proceso

Los protagonistas en el compostaje son los microorganismos y para que estos puedan trabajar en las mejores condiciones se debe:
  1. Preparar una mezcla de residuos homogénea y porosa.
  2. Aportar materia orgánica de composición diversa.
  3. Disponer de oxígeno (aire) suficiente.
  4. Contar con un grado de humedad adecuado.
  5. Mantener una temperatura adecuada.
La mezcla de diferentes tipos de residuos orgánicos, equilibra la humedad y la estructura. Por ejemplo, los restos de cocina, hojas, césped y otros materiales húmedos, se deben mezclar con ramas, arbustos y otros restos de poda más secos y estructurales.

Aireación

Proceso de compostaje
Con el fin de conseguir un compostaje de buenas condiciones y que se obtenga de manera rápida, y a la vez evitar malos olores, es imprescindible asegurar la presencia de oxígeno, necesario para la evolución del proceso de descomposición aeróbico. El oxígeno ha de ser suficiente para mantener la actividad microbiana y en ningún caso debe llegarse a condiciones anaerobias ya que generaría una caída en el rendimiento y se producirían malos olores. Para conseguir una buena distribución del oxígeno en toda la masa se hace necesaria la adición de un material de soporte (triturado de poda o madera, la viruta es especial) que proporcione estructura y  porosidad al residuos a compostar.

Es aconsejable mezclar cada 2 ó 3 días,  el residuo para asegurar que la transformación se dé en condiciones aeróbicas,  de tal forma que el aire llegue al centro de la pila. Levantar el sistema del piso, también es muy beneficioso, ya que de esta forma, el aire penetra la masa de residuos y permite la reducción de los  volteos.  

Proceso de compostaje
Al principio de la actividad de los microorganismos aerobios, la concentración de oxígeno (O2) en los espacios porosos es aproximadamente del 15 al 20% (similar a la composición normal del aire), y la concentración del dióxido de carbono (CO2) varía del 0,5 al 5%.  Mientras progresa la actividad biológica, la concentración de O2 baja y la concentración del CO2 aumenta. Si la concentración media de O2 en el material es menor al 5 %, la descomposición del material se vuelve anaerobia (Sztern, MGA & Pravia, 1999).

Las concentraciones de oxígeno mayor del 10% se consideran óptimas para mantener la pila de compost en un medio aeróbico. Algunos sistemas de compostaje pueden mantener un nivel de oxígeno adecuado mediante mecanismos pasivos o naturales de aireación, otros sistemas requieren la aireación activa, con sopladores o con volteos de la pila. En la figura 3, se aprecia la distribución desigual de la concentración de oxígeno en una pila.


Relación carbono/nitrógeno

Una de las primeras tareas para desarrollar con éxito una actividad de compostaje es lograr la correcta combinación de los ingredientes iniciales. El contenido de humedad (H) y la relación Carbono - Nitrógeno (C/N) son dos parámetros fundamentales para esta actividad.

La humedad es un componente crítico para lograr la optimización del compostaje debido a que este es un proceso biológico de descomposición de la materia orgánica y la presencia de agua es imprescindible para las necesidades fisiológicas de los microorganismos que intervienen en él.  Pues el agua es el medio de transporte de las substancias solubles que sirven de alimento a las células así como de los productos de desecho de esa reacción.  

En el segundo componente crítico, la relación de Carbono - Nitrógeno C/N, se debe tener cuenta que la relación ideal oscila entre 25 y 30:1 aproximadamente y decrece a 15:1 en el compost final (La relación C/N disminuye 2/3 con el tiempo porque parte del carbono se pierde como CO2 durante la compostación).  

Una relación más baja, significa que el nitrógeno estará en exceso y se pierde como amoniaco (NH3), El alto consumo de oxigeno que esto ocasionaría, crea unas condiciones anaeróbicas y empieza la pila a oler mal.  Relaciones más altas significan que no hay suficiente nitrógeno para el crecimiento óptimo de las poblaciones microbianas, así que el compost es relativamente frío y la degradación procederá a una tasa lenta.

Este valor es dependiente de la disponibilidad del carbono y nitrógeno de las fuentes. No se puede confundir el valor de la relación C/N de un material compostado maduro con la relación de una material fresco como un estiércol que tiene una relación baja. El primero es adecuado para aplicar al suelo, mientras que el segundo podría tener condiciones nocivas para éste

En general, los materiales que son verdes y húmedos tienden a ser altos en nitrógeno, y los que son marrones y secos son altos en carbono. Los materiales con alto contenido de nitrógeno incluyen a la hierba, a las podas de las plantas, y a los desechos de frutas. Los materiales de color café tales como las hojas secas, las virutas de madera, aserrín, y el papel tienen altos contenidos de carbono.

Es necesario calcular la relación C/N de la mezcla a compostar, o se puede estimar las condiciones óptimas, simplemente usando una combinación de los materiales que son altos en carbón y de otros que sean altos en nitrógeno. En el caso de materiales con alto contenido de carbono (C) como el aserrín y virutas se debe agregar materiales o fertilizante nitrogenados.  Las hojas de árboles y los restos de pasto verde ayudan para este propósito, por su contenido de nitrógeno.

En la siguiente Tabla se presentan los valores de humedad, carbono y nitrógeno para algunos residuos sólidos orgánicos específicos, los cuales pueden ser utilizados para ajustar la formulación inicial.  Estos valores son orientativos, para mayor precisión con la información se recomienda realizar un muestreo de los materiales mediante pruebas en el laboratorio de los parámetros mencionados.

Tabla 1.  Valores de referencia de humedad (%), materia orgánica (%), Carbono (%), Nitrógeno (%), relación Carbono Nitrógeno en materias primas para el compostaje.

Relación carbono/nitrógeno

Una vez que tenga las relaciones C/N para los materiales que planea compostar, se puede utilizar la siguiente fórmula para calcular la proporción de la mezcla en su conjunto:

R=(Q1 (C1 X (100-M1)+Q2 (C2 X (100-M2)+Q3 (C3 X (100-M3)+⋯)/(Q1 (N1 X (100-M1)+ Q2 (N2 X (100-M2)+Q3 (N3 X (100-M3)+⋯)
R = Relación C/N de la mezcla de abono.
Qn = Masa del material ("tal cual", o "peso húmedo")
Cn = Carbono (%) del material n.
Nn = Nitrógeno (%) del material n.
Mn = Contenido de humedad (%) de material n.


Contenido de humedad

Es un factor limitante del proceso de compostaje.  Si la humedad desciende por debajo del 40%, la actividad microbiana es más lenta, mientras que si excede el 65% se dificulta la circulación de aire a través de la masa (Domínghuez, Elvira, & Sampedro, 1996) (Ver figura 7). Se recomienda mezclar materiales secos con materiales húmedos para controlar la humedad excesiva y la presencia de líquidos lixiviados en el proceso de compostaje. Los valores óptimos para el rango de humedad se encuentran entonces desde 40 hasta 60%.  (Chiumenti A., Chiumenti R., Diaz, Savage, Eggerth, & Goldstein, 2005).  Varios autores sitúan el contenido óptimo en humedad en torno al 55 - 65% y consideran valores por debajo del 40% como condiciones de estrés hídrico (Finstein, 1985). 

Contenido húmedo

Según la Norma Técnica Colombiana 5167 el contenido de humedad para abonos orgánicos es entre el 20% a 30%. Es deseable este contenido de humedad en el producto final, con la finalidad de minimizar el transporte de agua y facilitar las operaciones de almacenaje, igualmente con un mayor grado de secado del producto final durante la etapa de maduraciónse controla la proliferación de patógenos como la Salmonella y las enterobacterias.

Temperatura

Las variaciones de temperatura están tan relacionadas con el funcionamiento del proceso y su seguimiento puede ser una manera de controlar el mismo. Tan pronto como se apila la materia orgánica comienza la actividad microbiana, si las condiciones son las adecuadas. El síntoma más claro de esta actividad es el incremento de la temperatura en toda la masa.
La velocidad con que se incrementa la temperatura depende del tipo de material a compostar, de los factores ambientales y por el método de aireación, pero en general se considera que, como mínimo, a los dos días de haberse conformado la pila con los residuos la temperatura puede haber llegado a los 55 °C. Los residuos orgánicos que resultan favorecidos por una temperatura concreta descompondrá la materia orgánica del residuo a compostar, utilizándola como fuente de energía y desprendiendo como consecuencia, calor.
Existe controversia entre diferentes autores sobre cuál es la mejor temperatura para que se desarrolle un compostaje óptimo.  Los rangos más comunes oscilan entre los 50 y 60ºC, aunque algunos autores indican que la máxima producción de CO2 se da entre los 60 y 65ºC, lo que daría la máxima velocidad de compostaje (Epstein, 1997).

 

pH

Es un buen indicador de la forma de cómo ha evolucionado el proceso de descomposición, en el compostaje, el pH normalmente baja ligeramente durante las primeras etapas del proceso (es decir, a 5,0) debido a la formación de CO2 y ácidos orgánicos.  Los ácidos sirven como sustratos para futuras poblaciones microbianas.  Posteriormente, el pH empieza a subir, y puede llegar a niveles tan altos entre 8 y 9 como consecuencia de la liberación de CO2, la aireación de la biomasa y la producción de amoníaco de la degradación de las proteínas (Díaz, 2010).  Valores de pH ácidos indican ausencia de madurez debido generalmente a un tiempo de compostaje demasiado corto o a la ocurrencia de procesos anaeróbicos en la masa.
El proceso de compostaje se realiza dentro de un rango amplio de valores de pH.  Los valores óptimos para la mezcla de partida son entre 5,5 y 8,0, teniendo en cuenta que las bacterias prefieren un pH cercano al neutro, mientras que los hongos prefieren condiciones acidas.  (Chiumenti A., Chiumenti R., Diaz, Savage, Eggerth, & Goldstein, 2005)

Tabla 2.  Niveles aceptables de los factores físicos y químicos para el compostaje, y los valores óptimos.

Temperatura

Bibliografia de apoyo

  • ACODAL. Curso-Taller Internacional de Aprovechamiento de residuos orgánicos biodegradables urbanos y agroindustriales, con énfasis en Compostaje y Lombricultura – Agosto de 2012
  • CHIUMENTI, A., CHIUMENTI, R., DIAZ, L.  F., SAVAGE, G.  M., EGGERTH, L.  L., & GOLDSTEIN, N.  (2005).  Modern Composting Technologies.  USA: The JG Press.  Inc.
  • CONTEC.  Norma Técnica Colombiana 5167.  Productos para la Industria agrícola, Productos orgánicos usados como abonos o fertilizantes y enmiendas de suelo.  Editada 2004.  40 p.
  • SZTERN Daniel, MGA y PRAVIA Miguel A., 1999.  Manual para la elaboración de compost bases conceptuales y procedimientos.  Organización Panamericana de la Salud, Organización Mundial de la Salud.
  • S. YU, O.G. CLARK, J.J. LEONARD.  Estimation of vertical air flow in passively aerated compost in a cylindrical bioreactor. Canadian Biosystems Engineering. Vol 50. 2008.
  • TOM RICHARD, NANCY TRAUTMANN, MARIANNE KRASNY, SUE FREDENBURG Y CHRIS STUART http://compost.css.cornell.edu/science.html Universidad de Cornell. 2005

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