Biología del compostaje

Leslie CooperbandDepartamento de Ciencias de SueloUniversidad de Wisconsin-Madison

¿Por qué biología?

• PORQUE EL COMPOSTAJE ES UN PROCESO BIOLÓGICO

Definición del Compostaje

• Transformación de materiales orgánicos crudos en un producto biológicamente estable, “semejante” al humus, apto para distintos usos suelo-planta.

• 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

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

Los microorganismos degradan compuestos orgánicos para obtener energía y nutrientes para sus procesos vitales

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)

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.

Organismos involucradosen el proceso de

compostaje

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

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

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.)

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”).

Calidad del sustrato (materia prima) y compostaje

Degradabilidad de los compuestos carbonados:

carbohidratos > hemicelulosa > grasas/aceites > celulosa =

quitina > lignina

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.

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).

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.

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)

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

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

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

Otros factores que afectanel proceso de compostaje

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.

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.

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.

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.

• 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.

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.

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.

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