El compostaje es un proceso biooxidativo, en el que intervienen numerosos y variados microorganismos, que requiere una humedad adecuada y sustratos orgánicos heterogéneos en estado sólido. Dicho proceso implica el paso por una etapa termofílica y una producción temporal de fitotoxinas, dando al final como productos de los procesos de degradación, dióxido de carbono, agua y minerales, así como una materia orgánica estabilizada, libre de fitotoxinas y dispuesta para su empleo en agricultura sin que provoque fenómenos adversos.
En este proceso, se observan dos etapas o fases bien distintas: por un lado, la propia fase de compostaje, durante la cual la actividad de los microorganismos que intervienen en el proceso es máxima, como consecuencia de tener disponible gran cantidad de compuestos fácilmente biodegradables, procedentes de los materiales de partida. Durante toda esta fase el pricipal proceso que se produce es la mineralización de la fracción orgánica.
Posteriormente tiene lugar la fase de maduración o estabilización en la que la actividad de los microorganismos está ralentizada, pues disponen de poco material biodegradable, mineralizado durante la fase anterior. En esta segunda fase predomina la humidificación de los componentes orgánicos con reacciones de policondensación y polimerización, dando lugar al final a la formación de un producto similar al humus, que se conoce con el nombre genérico de compost.
1. Factores que influyen en el proceso de compostaje
Al considerar los diferentes factores que intervienen en el proceso de compostaje, conviene hacer distinción entre aquellos que se refieren al proceso industrial en sí (maquinaria, construcción y equipos) y los que se refieren al propio compostaje (Costa et al., 1995).
Los principios teóricos del compostaje son simples, pero deben de ser seguidos escrupulosamente durante el mismo si se quiere alcanzar un producto bien estabilizado y con suficiente garantía de calidad. Desafortunadamente, a veces no se tienen en cuenta dichos principios, situación que se ha visto agravada hasta hace muy poco por la falta de una legislación precisa; esto ha favorecido la salida al mercado de productos de baja calidad que, aunque todos son llamados compost, tienen muy poco en común entre ellos.
Puesto que el proceso de compostaje es fundamentalmente biológico se ve afectado por, todos los factores que influyen, directa o indirectamente, en el metabolismo microbiano.
La optimización del proceso en sí mismo debe consistir en realizarlo de forma adecuada y en el menor tiempo posible. Esto será factible si se controlan determinados parámetros. En gran medida, el control dependerá del sistema de compostaje empleado y, por ello, resulta difícil definir niveles óptimos de parámetros sin tener en cuenta el sistema utilizado en su elaboración.
1.1. Características relativas a la naturaleza del sustrato.
Los principales residuos o subproductos que se utilizan actualmente para la producción de composts son de orígenes diversos: agrícola, ganadero, urbano (basura y lodos), forestales y algunos industriales.
Los sustratos que intervienen en el compostaje juegan un papel importante en el mismo en función de sus propias características físicas y químicas.
Físicas:
El tamaño de las partículas es fundamental en el proceso de compostaje, ya que cuanto mayor sea la superficie expuesta al ataque microbiano, más rápida y completa será la reacción (mayor actividad química por unidad de masa). Por lo tanto, el desmenuzamiento del material facilitará el ataque por parte de los microorganismos e influirá sobre la velocidad del proceso, pudiendo hasta duplicarla si se muele el material (Poincelot, 1974).
La preparación de los materiales orgánicos que se emplean en el compostaje, en particular cuando se trata de los residuos sólidos urbanos, se puede hacer de dos maneras: mecánicamente, que consiste en reducir el tamaño de las partículas mediante molienda seguido de una separación de materiales inertes por diversos métodos (corriente de aire, electromagnéticos, etc.), o por un proceso de cambiador biológico y mecánico, en el cual los desechos se depositan en un reactor biológico de uno a tres días, en donde comienza un proceso de degradación biológica junto con la reducción del tamaño de las partículas.
Después de esto, la fracción orgánica del residuo sólido urbano ha sufrido un cambio drástico y emerge por flotación en el reactor, separándose entonces fácilmente los materiales inertes. Gracias a este sistema, la materia orgánica se reduce a un tamaño conveniente y además se inicia el ataque por los microorganismos, siendo éste muy homogéneo.
El conjunto de la masa orgánica puesta a “compostar” consta de una parte sólida, otra líquida y una tercera gaseosa de tal manera que existe un constante intercambio entre las tres.
La transformación microbiológica de la fracción orgánica en el compostaje es un proceso oxidativo aerobio; por ello, la relación superficie/volumen de las partículas tiene una influencia directa en la forma y velocidad de la degradación. La relación aire/agua en los intersticios de las partículas es igualmente importante; agua y oxígeno son indispensables para la actividad microbiológica y cuando la proporción es menor del nivel crítico, el metabolismo microbiano y la respiración disminuyen y se paralizan.
Químicas:
Las características químicas más importantes, en relación al sustrato, son su condición molecular y su composición elemental. La utilidad de los residuos que se emplean en el compostaje varía en función de la disponibilidad de elementos nutritivos que posean.
Los microorganismos sólo pueden aprovechar compuestos simples y, por ello, las moléculas complejas han de romperse en otras más sencillas (por ejemplo, las proteínas en aminoácidos y éstos en amoníaco), para poder ser asimiladas. Para conseguir estas rupturas en sus unidades constituyentes se necesitan reacciones enzimáticas, que serán más complejas cuanto mayor sea la estructura molecular.
Los microorganismos que intervienen en el proceso de compostaje precisan elementos esenciales para su nutrición, desarrollo y reproducción. Entre éstos, están algunos micronutrientes (boro, manganeso, zinc, cobre, hierro, molibdeno y cobalto) que deben de estar presentes en poca cantidad, pues pueden llegar a ser tóxicos a concentracciones altas.
Macronutrientes como nitrógeno, carbono y fósforo son fundamentales para la formación de compost. El primero de ellos, debido a la naturaleza proteínica del protoplasma, es un elemento esencial para la reproducción celular. No conviene que esté presente en exceso, pues podría pasar a ión amonio y perderse.
El carbono es necesario en la sínteis celular para la formación del protoplasma, así como de lípidos, grasas y carbohidratos. Durante el metabolismo se oxida para producir energía y anhídrido carbónico. Es el elemento que debe estar presente en mayor cantidad, puesto que constituye el 50% de las células de los microorganismos y el 25% del anhídrido carbónico que se desprende en la respiración. El fósforo desempeña un papel transcendental en la formación de compuestos celulares ricos en energía, siendo necesario para el metabolismo microbiano.
1.2. Factores relativos al propio proceso de compostaje.
Entre los factores relativos al propio proceso de compostaje se incluyen los siguientes (Costa et al., 1995): temperatura, pH, aireación, humedad y relación C/N.
Temperatura:
Los restos de animales y plantas se descomponen por la acción de los microorganismos mesófilos que utilizan los hidratos de carbono y proteínas más fácilmente asimilables.
Cuando los restos orgánicos se amontonan, el efecto aislante del material tiende a guardar el calor y elevar la temperatura, alcanzándose un máximo en un tiempo determinado, el cual va a depender de una serie de factores que se comentan a continuación.
Como se observa este proceso se divide en cuatro etapas: mesofílica, termofílica, enfriamiento y maduración. Al comienzo del proceso la masa está a temperatura ambiente y, por lo general, es ligeramente ácida. Conforme la población mesofílica indígena se multiplica, la temperatura crece rápidamente. Entre los productos que se forman en esta etapa inicial, existen ácidos orgánicos sencillos que causarán un descenso del pH.
A temperaturas superiores a 40ºC, la actividad mesofílica cesa y la degradación entra en la fase termofílica. A 60ºC los hongos termófilos mueren y la reacción se lleva a cabo por las bacterias formadoras de esporas y los actinomicetos. Aunque a estas temperaturas la celulosa y la lignina se atacan muy poco, las ceras, proteínas y hemicelulosas se degradan rápidamente. Conforme se consumen los materiales fácilmente degradables, la reacción se ralentiza y el calor que se genera es menor que el que se pierde, comenzándose a enfriar la masa.
Cuando la temperatura desciende de 60ºC, los hongos termófilos de los lugares menos calientes de la pila reinvaden la masa y comienza el ataque de la celulosa. La hidrólisis y subsiguiente asimilación de polímeros por los microorganismos es un proceso relativamente lento y, por tanto, la generación de calor decrece hasta alcanzar la temperatura del medio ambiente. Alrededor de los 40ºC los organismos mesófilos reemprenden su actividad.
Las tres etapas del ciclo de compostaje tienen lugar en un tiempo relativamente corto (de días a semanas), pero la etapa de madurez requiere períodos mayores (meses). Esta última tiene lugar a temperatura ambiente, predominando los organismos mesófilos y apareciendo la mesofauna. En esta etapa, la producción de calor y la pérdida de peso son escasas, y se producen complejas reacciones secundarias de condensación y de polimerización, que dan lugar al “humus” como producto final.
Muchas veces este parámetro se ha considerado como indicativo de la evolución del proceso de compostaje dado que se ha demostrado que existe uma correlación directa entre el pH y la calidad y cantidad del humus.
En los primeros momentos del proceso de compostaje, el pH inicial puede sufrir un descenso, debido a que los microorganismos actúan sobre la materia orgánica más lábil, produciéndose una liberación de ácidos orgánicos. Posteriormente tiene lugar una subida del pH como consecuencia de un aumento en la concentración del ión amonio.
Conviene tener presente que un gran aumento del pH, acompañado de fuertes subidas de temperatura, puede suponer la pérdida de nitrógeno en forma de amoníaco. Conforme se estabiliza el material, los valores de pH suelen situarse entre 7 y 8 (Carnes y Lossin, 1970; Nogales et al., 1982).
En general, se pueden compostar materiales dentro de un amplio rango de valores de pH (desde 3 hasta 11) sin embargo, los comprendidos entre 5 y 8 son los que se consideran óptimos. Mientras que las bacterias prefieren un pH cercano al neutro, los hongos se desarrollan mejor en medio ácido.
Aireación:
Para conseguir que las diferentes etapas del compostaje se desarrollen en condiciones aerobias, los microorganismos existentes deben tener oxígeno suficiente, ya que de no ser así son sustituidos por los anaerobios con el consiguiente retardo del proceso de compostaje y producción de H2S en el medio; además, los procesos de reducción anaerobios se desarrollan mediante rutas metabólicas y con poblaciones microbianas diferentes a los aerobios.
Por tanto, en el compostaje es necesaria la aireación de las pilas, pero siempre dentro de unos límites, ya que un exceso de ventilación podría provocar el enfriamiento de la masa con la consiguiente reducción de la actividad metabólica de los microorganismos.
El consumo de oxígeno está relacionado con la temperatura, la humedad, los materiales de partida y el tamaño de los mismos. En la masa de compostaje, el dióxido de carbono se incrementa gradualmente, mientras que el oxígeno decae. La suma de los dos suele estar entorno al 20% del total de la masa, siendo mayoritario el oxígeno (15-20%). Cuando el oxígeno baja de estos niveles, los microorganismos anaerobios comienzan a sustituir a algunos aerobios.
El oxígeno no sólo es necesario para la respiración de los microorganismos y el metabolismo aerobio, sino también para oxidar algunas moléculas orgánicas presentes en la masa que se desea compostar. El consumo de oxígeno es directamente proporcional a la actividad microbiana y por tanto existe una relación directa entre éste y la temperatura. En el rango de 28-55ºC se alcanza el máximo de actividad microbiana y el mayor consumo de oxígeno.
Humedad:
Cuando este parámetro es escaso, la actividad de los microorganismos disminuye. La humedad y la aireación están íntimamente relacionadas, pues el aire de los intersticios es desplazado por el agua, pudiendo alterar el estado de agregación y estructura del material de partida. Resulta muy difícil establecer una humedad óptima, ya que en este factor, al igual que en los considerados antes, influye el tamaño y estado físico de las partículas, así como el sistema empleado en la realización del compostaje.
La humedad debe de ser alta durante la etapa de descomposición, en la que prevalecen las bacterias. Si esta humedad desciende por debajo del 35-40%, la actividad microbiana desciende, pudiendo llegar hasta la inhibición. En la etapa de estabilización, el contenido en humedad requerido es menor, puesto que lo que prevalecen son actinomicetos y hongos.
Por encima del 60%, el agua desplaza al aire de los espacios libres existentes y las condiciones se hacen anaerobias, produciéndose la emisión de malos olores y disminuyendo la velocidad del proceso. Se cree que una humedad óptima oscila entre el 50-60%, dependiendo del material empleado. En la práctica, el exceso de humedad puede ser reducido con la aireación por volteos.
De acuerdo con Golueke (1975), una humedad menor del 40% reduce la actividad de los microorganismos, principalmente de las bacterias, y si es menor del 30% se convierte en un factor limitante para la descomposición; por debajo del 12% cesa, prácticamente, toda la actividad biológica, siendo el proceso extremadamente lento.
Relación C/N:
Para el buen desarrollo del proceso de compostaje, se considera de interés que el material de partida tenga una relación C/N adecuada. Según la mayoría de los investigadores, éste es un aspecto muy importante y teniendo en cuenta que los microorganismos utilizan generalmente treinta partes de carbono por una de nitrógeno, esta relación (30:1) debe considerarse óptima en los materiales que se van a compostar (Kiehl, 1985).
Hay autores que señalan los umbrales de 26-35 como los más recomendables para un rápido y eficiente compostaje. Si éstos son inferiores se producen pérdidas de nitrógeno en forma amoniacal mientras que si, por el contrario, la relación inicial es muy elevada, el proceso se prolonga y es preciso rebajarla añadiendo alguna fuente nitrogenada.
2. SISTEMAS DE COMPOSTAJE.
En la naturaleza se pueden distinguir dos grandes sistemas de compostaje para el tratamiento de un mismo tipo de residuo: los sistemas abiertos (en pilas al aire) y los sistemas cerrados (en fermentadores), en función de si las condiciones en las que se lleva a cabo el proceso de compostaje son aerobias o anaerobias. En EE.UU., los sistemas abiertos son los más frecuentes, mientras que los sistemas en fermentador son denominados con frecuencia “europeos” por su origen (Costa et al., 1995).
2.1. Sistemas abiertos.
En ellos, tiene lugar una reacción microbiológica de mineralización junto a una reacción parcial de humidificación de la fracción orgánica en unos períodos de tiempo mínimos (3 meses), que son difíciles de acortar (3-4 semanas), ya que los procesos están sometidos a los ciclos biológicos de los microorganismos que intervienen.
Dentro de éstos conviene distinguir tres tipos diferentes: apilamiento estático, apilamiento con volteo y, por último, apilamiento con volteo y aireación forzada por ventilación (Costa et al., 1995).
2.2. Sistemas cerrados.
Con ellos, se pretende la obtención de un producto final (compost) que sea útil como fertilizante, para lo cual no se permite que este proceso de compostaje transcurra de forma espontánea, sino que han de controlarse todos aquellos parámetros que sean necesarios para garantizar un bajo coste, y la mayor brevedad posible del proceso (≤ 2 semanas).
Para lograrlo se debe actuar directamente sobre el crecimiento y metabolismo de los microorganismos que intervienen en el proceso de compostaje. En función del tipo de reactor empleado para tal fin se pueden distinguir entre reactores verticales (continuos o discontinuos) y horizontales (estáticos o con rotación).
A continuación, se exponen algunas de las ventajas e inconvenientes que presentan estos dos sistemas de compostaje para su empleo en la obtención de un compost estable y maduro adecuado para su uso agrícola.
Digestión aerobia:
Entre las ventajas de la digestión aerobia cabe destacar, las siguientes:
- Es un proceso conocido que se ha venido utilizando desde hace muchos años.
- En algunos casos, las tecnologías pueden ser muy sencillas, lo que hace disminuir los costes de inversión y operación.
- No se generan residuos, exceptuando el propio compost si éste está contaminado.
- El compost mejora la textura y estructura del suelo, favoreciendo la retención de agua, oxígeno y nutrientes.
- Promueve el desarrollo de una buena estructura, que ayuda a mantener un balance adecuado de aire y agua en el suelo.
- Ayuda a luchar contra la erosión, la cual provoca una desagregación estructural y pérdida progresiva de los suelos y su fertilidad.
- Aumenta la permeabilidad del suelo y evita la formación de costra superficial, permitiendo la infiltración lenta de la lluvia, sin que se produzcan corrientes de agua superficial que erosionen el suelo.
- El compost, obtenido de este modo, contiene los nutrientes que las plantas requieren para conseguir un adecuado desarrollo.
Entre los inconvenientes destacan:
- Los malos olores producidos en determinadas ocasiones.
- Aunque existe un consumo neto de energía que contribuye al efecto invernadero, éste es muy inferior al que produciría la fermentación natural de los biorresiduos en un vertedero sin captación ni tratamiento del biogás.
Digestión anaerobia:
Entre las ventajas de la digestión anaerobia cabe destacar:
- Producción neta de energía, parte de la cual puede servir para el funcionamiento de la propia planta y parte para su comercialización como energía eléctrica.
- Reducción de malos olores.
- El compostaje del material digerido reduce las emisiones de compuestos orgánicos volátiles.
- Requiere menos exigencias en cuanto a calidad del material de partida en comparación con el compostaje aerobio.
- El compost que se obtiene es de menor salinidad.
- El tiempo de permanencia en el reactor junto con el compostaje posterior del material digerido (20-30 días, 15 en reactor y el resto de ellos de “curado” posterior para mejorar la calidad higiénica del compost) es inferior al tiempo de compostaje de los biorresiduos de forma aerobia (60-90 días dependiendo del sistema empleado).
Entre las desventajas destacan:
- La inversión económica a realizar es elevada.
- Los costes de operación son altos.
- Las aguas residuales tienen una elevada carga orgánica y salina con lo que es necesario someterlas a un tratamiento posterior.
- Las instalaciones son complejas y el resultado es muy sensible a la composición de los materiales tratados.
Otra forma de realizar el compostaje aerobio de los residuos sólidos urbanos y de los restos de poda es mediante el vermicompostaje que está teniendo un gran auge en los últimos años, se trata de una técnica de compostaje que utiliza la capacidad de las lombrices para transformar los residuos orgánicos generando un producto, el humus de lombriz, que es muy apreciado como abono natural para las plantas.
3. BIBLIOGRAFÍA.
Carnes, R. y Lossin, R. (1970). An investigation of the pH characteristics of compost. Compost Sci. 5.
Costa, F; García, C; Hernández, T. y Polo, A. (1995). Residuos orgánicos urbanos. Manejo y utilización. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura. Murcia. 181 pp.
Dalzell, H.W.; Gray, K. R. y Biddlestone, A. J. (1981). Composting in tropical agriculture. 2ª Ed. International Institute of Biological Husbandry. England. 36 pp.
Golueke, C. (1975). Composting. A Review of rationales principles and Public health. Compost Sci. 17: 11-14 pp.
Kiehl, E. (1985). Fertilizantes orgánicos. Ed. Agronómica Ceres Ltda. São Paulo (Brasil). 492 pp.
Nogales, R.; Gallardo-Lara, F. y Delgado, M. (1982). Aspectos físico-químicos y microbiológicos del compost de basura urbana. Anal. Edaf. y Agrobiol. 41: 1159-1174.
Poincelot, R. (1974). A scientific examination of the principles and practice of composting. Compost Sci. 15: 24-31 pp.
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