1. Introducción
La técnica de compostaje se puede definir como una biotécnica donde es posible ejercer un control sobre los procesos de biodegradación de la materia orgánica. El producto de esta degradación recibe el nombre de Compost, el cual resulta de la degradación aeróbica de material o desechos de origen orgánico.
El objetivo de crear Compost es enriquecer los suelos agrícolas con nutrientes, mejorar las propiedades químicas, físicas y biológicas del suelo, es decir utilizarlo como mejorador de los suelos. En suelos cultivables, las adiciones de enmiendas orgánicas se utilizan para mejorar la fertilidad y propiedades del suelo como la agregación (Pagliai et al., 2004), capacidad de retención de agua (Stamatiasdis et al., 1999) y efecto residual de herbicidas y productos fitosanitarios (Moorman et al., 2001). Por su parte, la mejora de condiciones físicas y químicas del suelo promueve un incremento de desarrollo de microoganismos que forman asociaciones simbióticas con diversas plantas, las que aumentan la eficiencia de absorción radical como el nitrógeno (Tobar el al., 1999) y fósforo (Smith y Read, 1997), Cu y Zn (Tarafdar y Marschner, 1994).
2. Clasificación
De acuerdo su nivel de calidad, el compost es clasificado según la NCh 2880 (2005) en las Clases siguientes:
- Compost Clase A: producto de alto nivel de calidad que cumple con las exigencias establecidas en la norma NCh 2880 (2005) para el compost Clase A. Debe cumplir con las concentraciones máximas de metales pesados de la Tabla 1. Su conductividad eléctrica debe ser menor a 3dS/m y su relación carbono/nitrógeno debe ser menor o igual a 25. Este producto no presenta restricciones de uso.
- Compost Clase B: producto de nivel intermedio de calidad que cumple con las exigencias establecidas en esta norma para el compost Clase B. Debe cumplir con las concentraciones máximas de metales pesados de la Tabla 2. Su conductividad eléctrica debe ser menor a 8dS/m y su relación carbono/nitrógeno debe ser menor o igual a 30. Este producto puede presentar algunas restricciones de uso si su conductividad eléctrica es mayor de 3dS/m
Tabla 1. Concentraciones máximas de metales pesados en compost Clase A.
Fuente: NCh 2880, 2005.
Tabla 2. Concentraciones máximas de metales pesados en compost Clase B.
Fuente: NCh 2880, 2005.
3. Fases del proceso de compostaje
Según Morales (2003), se consideran tres fases en el proceso:
- Fase 1: se produce la digestión de los carbohidratos y sacáridos de bajo peso molecular por parte de los microorganismos existentes. Durante esta fase, la temperatura alcanza alrededor de 35º C y un pH ácido (4,5 a 5,5). A medida que aumenta la actividad de los microorganismos, la temperatura comienza a elevarse hasta los 65º C, dando paso a la fase siguiente.
- Fase 2: comienza la descomposición de proteínas y carbohidratos superiores, mediante la proliferación de los microorganismos termofílicos. El valor del pH se eleva por la acumulación de amoníaco y el incremento de la temperatura que genera el proceso de pasteurización del material, produciendo una esterilidad y ausencia de sustancias patógenas.
- Fase 3: se produce la segunda parte de la digestión de la celulosa y la degradación de la mayor parte del material orgánico del residuo dispuesto. La actividad de los microorganismos disminuye, descendiendo a temperatura ambiente del material y generando la estabilización del compost.
4. Factores que afectan el proceso del compostaje
El manejo del proceso es importante para obtener un buen compost, por lo tanto, es necesario generar condiciones para que los microorganismos tengan un medio óptimo donde desarrollarse. Las condiciones que favorecen el desarrollo de microorganismos aeróbicos están dadas por la presencia de oxígeno, agua, temperatura y una nutrición balanceada. Hay otros factores como el pH, fuentes energéticas de fácil solubilización y la superficie de contacto, que también favorecen la proliferación de los microorganismos (Soto y Muñoz, 2002).
4.1 Relación Carbono /Nitrógeno (C/N)
La relación C/N es determinante para la formación de compost, ya que el carbono es fuente de energía y el nitrógeno es necesario para el crecimiento y funcionamiento celular de los microorganismos (Richard, 1992). Una alta relación C/N retarda el proceso y una muy baja impide la descomposición, por lo que se considera que una relación de 30/1 es favorable para el desarrollo de los microorganismos (Soto y Muñoz, 2002).
En general, los materiales que son verdes y húmedos, como residuos de césped, plantas, restos de frutas y verduras, poseen alto contenidos de nitrógeno y por lo tanto una relación C/N más baja.
En cambio, una relación más alta la poseen aquellos que son de color café y secos, como hojas otoñales, chips de madera, aserrín y papel, ya que contiene mayor cantidad de carbono (Richard, 1992).
4.2 Temperatura
La temperatura dentro del proceso sirve como indicador ya que el proceso se inicia a temperatura ambiente, pero a medida que comienza la actividad microbiana ésta se eleva hasta valores cercanos a 55 y 60 ºC, esta etapa se conoce con el nombre de termófila, y es muy importante para la eliminación de agentes patógenos y semillas de hierbas indeseadas. En la siguiente etapa disminuye la temperatura entre los 30 – 35 ºC y 40 – 45 ºC, donde se bioestabiliza la materia orgánica (C/N cercano a 18), y finalmente la humificación (C/N menor a 12) donde se llegan a temperaturas mesófilas (Cordova, 2006).
Durante el proceso de fermentación la temperatura se deberá mantener entre los 35 y 60º C para sostener las condiciones que restringen el desarrollo de los agentes patógenos, parásitos y semillas de malas hierbas (Cordova, 2006).
4.3 Humedad
La Humedad es relevante para el éxito del proceso, se considera que entre un 50 y 80% de contenido de humedad es adecuado para el desarrollo de los microorganismos descomponedores (Brutti, 2001).
4.4 pH
El pH sirve como parámetro de control. La basura fresca es ligeramente ácida entre 6 y 7. Al comienzo de la reacción debe bajar a un rango entre 4,5 y 5,5. Luego, a medida que la temperatura aumenta, debe llegar entre 8 y 9, mientras que al finalizar el proceso el pH debe acercarse a un valor neutro (Morales, 2003).
4.5 Aireación
La aireación es necesaria para proporcionar oxígeno suficiente a los microorganismos aeróbicos, y así estos puedan estabilizar los residuos orgánicos (Santibáñez, 2002).
4.6 Granulometría
Según Soto y Muñoz (2002), el tamaño de las partículas afecta la superficie de contacto. Por lo tanto, la disminución del tamaño de estas aumenta la superficie y por consiguiente, la actividad microbiológica descomponiendo la materia de manera más rápida. Cabe mencionar que las partículas muy pequeñas inhiben la respiración (flujo de aire) sin lograr la descomposición.
5. Bioquímica
La descomposición la materia orgánica que se encuentra en los materiales que son compostados es producido por los microorganismos presentes en la pila, los cuales van variando durante las distintas etapas del proceso. Esta materia es transformada a través de reacciones de óxido-reducción catalizada por las enzimas de los microorganismos. La descomposición de estos compuestos se conoce como mineralización y consiste a grandes rasgos, en la transformación de estas macromoléculas en compuestos inorgánicos como CO2, NH3, H2SO4, H2O (Sztern D., Pravia M., 2009).
La descomposición es catalizada por enzimas que son producidas por los microorganismos, las cuales actúan tanto en el medio extracelular como intracelular. Existen estudios en los cuales se determinó que la cantidad de celulosa presente en el material en compostaje disminuye abruptamente durante los primeros 34 días (Epstein E., 1997), además, se ha observado que existe en general una mayor cantidad de bacterias celulolíticas que hongos de estas características (De Carlo B. et al., 2001).
La hemicelulosa, compuesta por una diversidad de pentosas y hexosas, se descompone de manera similar a la celulosa, es decir, a través de la actividad de exoenzimas, las que producen monómeros por cortes de los extremos del polímero, o endoenzimas, que realizan cortes en el interior del polímero (Moreno J., 2008).
La degradación de la lignina es otro paso importante en el proceso de compostaje, ya que la celulosa y hemicelulosa se encuentran dentro de la lignina, siendo esta última el polímero que actúa como red de ensamblaje (Tuomela M. et al 2000).
A continuación, se muestran dos gráficos, en donde se describe como varía la composición de la materia orgánica durante la degradación aeróbica (Epstein E., 1997).
Figura 1. Composición de la materia orgánica con respecto a la materia inicial.
Fuente: Epstein E., 1997.
De la Figura 1 se observa una degradación inicial rápida tanto de la celulosa como de la hemicelulosa, liberándose hexosas y pentosas. Además, se visualiza que a partir del día 80 la cantidad de materia orgánica descompuesta no aumenta significativamente. En la Figura 2 se muestra que la lignina, es de los compuestos más difíciles de descomponer en comparación con la hemicelulosa y la celulosa. Finalmente las proteínas son degradadas por peptidasas, produciendo aminoácidos que junto con los nitratos y amonios, procedentes de los procesos de nitrificación y/o amonificación, son las principales fuentes de nitrógeno.
Figura 2. Composición de la materia orgánica no degradada.
Fuente: Epstein E., 1997.
En resumen, es necesario que exista una gran variedad de microorganismos capaces de realizar las transformaciones de los compuestos que se encuentran en las materias primas, para lograr así obtener los productos finales deseados y en consecuencia el compost. En la Figura 3 se observa un diagrama descriptivo de la bioquímica que se produce en una pila de compostaje.
Figura 3. Bioquímica del proceso de compostaje.
Fuente: Moreno J., 2008.
l compost funciona como un sistema al que se le agregan las materias primas, los microorganismos procesan estas materias primas según su actividad, lográndose al final del proceso una serie de compuestos que pueden ser utilizados por organismos más complejos, como las plantas. Lo anterior, se describe en la Figura 4.
Figura 4. Descripción simplificada de lo que ocurre en una pila de compostaje.
Fuente: Sherman R. , 1999.
6. Microorganismos participantes en el compostaje
En primer lugar, es necesario caracterizar cada una de las etapas pertenecientes al proceso de compostaje, las cuales poseen distintos microorganismos característicos. Lo anterior se describe en la Figura 5.
Figura 5. Sucesión microbiana y ambiental durante el compostaje.
Fuente: Moreno J., 2008.
Las diferentes etapas del proceso de compostaje, como se puede observar en la Figura 11, se pueden clasificar en 5.
- Etapa de latencia: Etapa presente en todo proceso biológico en donde los microorganismos comienzan a adaptarse al medio. Esta se prolonga hasta que se constatan cambios de temperatura, lo que puede suceder entre 24-72 horas (Sztern D., Pravia M., 2009)
- Etapa mesófila 1 (10-40°C): Esta etapa dura hasta que la temperatura alcanza los 40°C. Existen procesos de nitrificación, además de los otros compuestos producidos durante la respiración aeróbica. El aumento de la temperatura es producida por la actividad metabólica, como la falta de disipación del calor. La duración de esta etapa depende de los materiales que se están degradando (Sztern D., Pravia M., 2009).
- Etapa termófila (40-75°C): Durante esta etapa los microorganismos mesófilos son sustituidos por termófilos. Esta etapa persiste hasta que el aumento del CO2 produce condiciones anaeróbicas en las cuales los microorganismos termófilos aerobios no son capaces de subsistir (Sztern D., Pravia M., 2009).
- Etapa mesófila 2: Al disminuir la actividad metabólica de los termófilos, la temperatura de la pila comienza a bajar, por lo que ocurre una segunda etapa mesófila. El conjunto de esta etapa más las tres anteriores tiene una duración aproximada de dos meses, sin considerar la maduración (Sztern D., Pravia M., 2009).
- Etapa de maduración: En esta última etapa se degradan los compuestos más resistentes, la temperatura comienza a disminuir hasta equilibrarse con el ambiente. En esta etapa los microorganismos predominantes son los hongos y actinomicetos (actinobacterias o bacterias filamentosas), los cuales colonizan el material desde el entorno circundante, los bordes de la pila, o las esporas que resistieron la etapa termófila, los actinomicetos son conocidos por producir micelios parecidos a los de los hongos además de su participación activa en los procesos de humificación (Sztern D., Pravia M., 2009).
7. Referencias
- Brutti, L. 2001. Sistemas de Compostaje: Factores críticos del Proceso de Compostaje. En: Seminario – Taller Internacional: Manejo de Sólidos Orgánicos para una agricultura Limpia: 9 y 10 de Octubre 2001. Santiago, Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agrónomicas.
- Cordova C., 2006. Estudio de factibilidad técnico-económica para instalar una planta de compostaje, utilizando desechos orgánicos urbanos. Memoria para optar a al Título Profesional de Ingeniero Forestal. Universidad de Chile. Santiago, Chile.
- De Carlo, B., Rosa A., Benintende S., Cariello M., Castañeda L., Figoni E., Graso N., Ruiz A. y Mascheroni F. 2001. Estudio de la población microbiana en las etapas iniciales del compostaje. Revista Cereces, Vol .43(280), pp 699-715.
- Epstein E. 1997. The Science of Composting, CRC Press, EE.UU. Chapter 3: Microbiology and Chapter 4: Biochemistry.
- Instituto Nacional de Normalización. 2005. Norma Chilena Oficial NCh 2880. Compost-Clasificación y requisitos”. Chile
- Moorman, T., Cowan, J., Arthur, E. and Coats, J., 2001. Organic amendments to enhance herbicide biodegradation in contaminated soils. Biol. Fertil. Soils 33: 541-545.
- Morales, I. 2003. Factibilidad técnico económica de instalar una planta de compost para el tratamiento de residuos orgánicos industriales en la zona sur de Santiago. Memoria Ingeniero Industrial. Santiago, Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.
- Moreno J., “Compostaje”, Ediciones Mundi-Empresa: Madrid, 2008, Capitulo 5: Microbiología y bioquímica del proceso de compostaje.
- Pagliai, M., Vignozzi, N. and Pellegrini, S., 2004. Soil structure and the effect of management practices. Soil Till. Res. 79:131–143.
- Richard, T. 1992. Municipal solid waste Composting: Physical and Biological proccesing Biomasa and Bionergy Rev. 3(3-4): 163-180p. En: SANTIBAÑEZ, C. 2002. Diseño y evaluación de una planta piloto de compostaje para el tratamiento de residuos de origen vegetal. Memoria de Químico Ambiental. Santiago, Universidad de Chile, Facultad de Ciencias.
- Santibañez, C. 2002. Diseño y evaluación de una planta piloto de compostaje para el tratamiento de residuos de origen vegetal. Memoria de Químico Ambiental. Santiago, Universidad de Chile, Facultad de Ciencias. 93p.
- Sherman R. (1999) “Large-scale Organic Materials Composting” North Carolina Cooperative Extension Service, EE.UU.
- Smith, S. and Read, D., 1997. Mycorrhizal symbiosis. Academic Press, San Diego, California, USA. 605 p.
- Soto, G y Muñoz C. 2002. Consideraciones teóricas y prácticas sobre el compost, y su empleo en agricultura orgánica. Manejo integrado de plagas y Agroecología. Costa rica. Nº 65: 123-129.
- Stamatiadis, S., Werner, M. and Buchanan, M., 1999. Field assessment of soil quality as affected by compost and fertilizier application in a broccoli field (San Benito Country, California). Appl. Soil Ecol. 12: 217-225.
- Sztern D. y Pravia M. 2009. Manual para la elaboración de compost. Bases conceptuales y procedimientos. Oficina de Planeamiento y Presupuesto, Unidad de Desarrollo Municipal, Presidencia de la Republica, Uruguay.
- Tarafdar, J., Marschner, H., 1994. Efficiency of VAM hyphae in utilization of organic phosphorus by wheat plants. Soil Sci. Plant Nutr. 40:593-600.
- Tobar, R., Azcón, R. and Barea, J., 1999. The improvement of plant N acquisition from an ammonium treated drought-stressed soil by the fungal symbiont in arbuscular mycorrhizae. Soil Biol. Fert. 9:1-8.
- Tuomela M., Vikman M., Hatakka A., Itävaara M., (2000) “Biodegradation of lignin in a compost environment: a review” Bioresource Technology, Vol. 72(2), pp 169-183.