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Dinámica del carbono en una planta de compostaje Lozano Rivera, M.C1*; Conde Riaño, M.P^2 ; Aguirre Ibarra,L.E^3. m aria _ camila. lozano @ uao. edu. co^1. Fecha de entrega: 03 de mayo del 2019. Resumen El objetivo del presente estudio es analizar el comportamiento del carbono y sus relaciones en la planta de compostaje de la Universidad Icesi. Para esto, primero se llevó a cabo una investigación en el sistema de estudio donde se pudieran obtener los valores requeridos para la comparación con los datos teóricos generales; y tener claridad si el sistema es efectivo. Se realiza un balance de masas para obtener la masa que es generada en el compost como carbono y dióxido de carbono, este balance se realiza teniendo en cuenta la cantidad en porcentaje del carbono en donde se presenta y conociendo el peso que entra y sale del sistema. Ya obtenidos los resultados se puede analizar el sistema completo generando una discusión si es viable o no el proceso y la calidad del producto final, el compost. Palabras claves: sistema de compostaje, carbono, dióxido de carbono, compost. Abstract The objective of the present study is to analyze the behavior of carbon and its relationships in the composting plant of the Icesi University. For this, first an investigation was carried out in the study system where the required values could be obtained for the comparison with the general theoretical data; and be clear if the system is effective. A mass balance is made to obtain the mass that is generated in the compost as carbon and carbon dioxide, this balance is made taking into account the amount in percentage of carbon where it occurs and knowing the weight that enters and leaves the system. Once the results have been obtained, the entire system can be analyzed, generating a discussion if the process and the quality of the final product, the compost, is viable or not. Keywords :composting system, carbon, carbon dioxide, compost.
1. Introducción Vivimos en una sociedad en la que desechamos recursos naturales. Sin embargo, estos recursos podrían ser aprovechados transformándolos en algo útil como en nutrientes. Un proceso para el
aprovechamiento de los recursos es compostaje de la materia orgánica, el cual permite transformar los residuos orgánicos disponibles en un material aprovechable como el compost. El compostaje es el proceso dirigido y controlado de mineralización y humificación de la materia orgánica en el cual participan macro y microorganismos, que se aplican al material vegetal que se somete al proceso (adminelpueblo, 2013). El compost juega un papel significativo al reducir el ingreso de materiales orgánicos a vertederos y rellenos, siendo este la degradación biológica controlada de material orgánico. Este proceso realizado por microorganismos incluyendo hongos, bacterias y actinomicetos, reducen la materia orgánica a sustancias más simples produciendo un material estable parecido al hummus. La afectividad del proceso del compostaje depende de las condiciones del medio ambiente presentes dentro del sistema de compost, es decir, oxígeno, temperatura, humedad y la relación carbono/nitrógeno. La relación carbono/nitrógeno (C/N) encontrada en la masa a compostar, es el factor más importante por controlar para obtener una buena fermentación, y por lo tanto, un producto con buenas condiciones finales. A medida que el compostaje se hace, esta relación disminuye. Las características deseables de esta relación C/N en un rango razonable son de 20-40 pero preferiblemente este rango debería estar entre 25-30. (Ambientum, 2013) El proceso es llevado a cabo por múltiples organismos que se encargan de triturar, degradar y digerir las células y las moléculas que componen la materia orgánica. Los principales microorganismos que se encargan de esta función son las bacterias y hongos microscópicos. Para que haya un crecimiento microbiano se necesita que la relación de C/N esté entre 20 y 30, es decir, 20-30 átomos de carbono por cada átomo de nitrógeno, indudablemente, entre los distintos factores que se debe tener en cuenta para asegurarse de que el proceso de compostaje funcione correctamente,se destacan los distintos nutrientes que necesitan los microorganismos para poder desarrollarse (Oviedo-Ocaña, Dominguez, Torres-Lozada, Marmolejo, & Komillis, 2016). Los nutrientes se encuentran en la materia orgánica, en la materia que se va a bio-transformar y se constituyen fundamentalmente por sustancias que son denominadas macronutrientes, de las cuales puede destacarse el carbono, el nitrógeno, el fósforo y potasio, entre otros que pueden encontrarse. Si se dividen o segregan los desechos orgánicos e inorgánicos, se permite reutilizar los residuos y hacer una correcta disposición de ellos. Los residuos orgánicos en la Universidad Icesi son tratados en una planta de tratamiento para la obtención de abono orgánico como el compost, de esta manera se reutiliza con el fin de abonar los terrenos de cultivo. El buen manejo de los residuos ha despertado un gran interés por parte de la
nativos Fuente: Elaboración propia. ● Se detalla las etapas a seguir Tabla 2. Medio de inoculación para el desarrollo de microorganismos. Paso 1 ¿Que es? Microo rganism os Medio s de inocul ación utiliza dos Medio de inoculaci ón Un medio de inoculación es un ambiente propicio en el que los microorganis mos descompone dores encuentran alimento y un lugar en el cual desarrollarse 1.Hongo s 2.Bacter ias 3.Protoz oos Arroz Papa Cebad a Soya Fuente: Elaboración propia. Tabla 3. Multiplicación y maduración del cultivo. Paso 2 ¿Que es ? Recolecci ón Pasos a seguir Multiplica ción y maduració n del cultivo fase final del proceso de compos taje donde los microor ganism os y los macro-i nvertebr ados se encuent ran de forma estable, ya que se termina el proceso de descom posició n inicial, su ph, la humeda d, el olor y la tempera tura es estable. después de esto Para la recolecci ón de los microorg anismos se necesitan: 1.Tela de mosquiter o 2.Cuerda 3.Siete (7) bandejas plásticas 4.Medio de inoculaci ón 1.Se distribuy e el medio de inoculac ion den las 7 bandejas 2.Recole cción de microor ganismo s 3.Se cubre con las hojas 4.Duraci ón de 8 días
el compos t estará listo para el uso. Fuente: Elaboración propia. Tabla 4. Medio de cultivo. Paso 3 ¿Que es? Implement os Medio de cultivo mezclas de nutrientes que en aglomeracio nes adecuadas y en circunstanci as físicas ópticas, acceden al crecimiento de los microorgani smos. 1.Un recipiente plástico de 55 galones
kilogramos de miel de purga 3.Siete canastas con medio de inoculación. Fuente: Elaboración propia. Tabla 5. Maduración del cultivo. Paso 4 Maduración del cultivo Se procede a tapar el contenedor con material plástico y asegurar con una cuerda o caucho, de esta forma los microorganismos aumentan su población de forma exponencial. Fuente: Elaboración propia. Dicha planta se encuentra dividida en cuatro procesos o fases en áreas definidas. Estas son: termofílica, mesofílica, estabilización y maduración; cada fase contiene 5 camas. Figura 1. Distribución de la planta de compostaje. Fuente: (icesi, 2017).
simbólicamente la reacción de descomposición del sustrato, C 46 H N 6 (^) 3.4 S (^) 0.3( s ) + 29 O (^) 2 ( g ) → 46 CO (^) 2 ( g ) + 3 H O 2 + compost El balance de masa: m C entrada = mCO (^) 2 salida + mC compost Para nuestro sistema de estudio se analiza los componentes de carbono tanto en la entrada y las salidas. Viendo los datos en Anexos 1.0 tenemos lo siguiente: Masa de carbono de entrada: masames carbono = Σ(42 ***** 56%C) + ( ***** 48.6%C) + kg mes^80 kg mes (200 ***** 49.8%C)+(80 ***** 40%C) kg mes kg mes
- Cáscaras de frutas y verdura 56%C → * 42 56 kg C 100 kg c á scaras de f rutas y verduras = 23.52 cáscaras de frutas y kg mes kg mes verduras
- Hojas secas 48%C → * 80 = 38. 48 kg C 100 kg Hojas secas kg mes hojas secas kg mes
- Hojas verdes y césped 49.5%C → * 200 49.5 kg C 100 kg Hojas verdes y c é sped = 99.6 hojas verdes y césped kg mes kg mes
- Ramas trituradas
40%C → * 80 = 32
40 kg C 100 kg ramas trituradas kg mes ramas trituradas kg mes masames carbono (^) = Σ 23.52 + 38.4 + 99. kg mes kg mes
kg mes kg mes masames carbono (^) = 193. kg mes Luego de esto analizamos las formas en las que sale el carbono de la planta de compostaje y obtenemos que sale de dos maneras, como carbono en el compost y como dióxido de carbono, el contenido de carbono en el compost es de 30,4%, para presentarlo en peso se da de la siguiente manera: ( 30, 4 kg C / 100 kg ) (^) * 2200 kg / mes = 6 68, 8 kg C / mes Esto quiere decir que la masa total de carbono en el compost es de 668,8 kg C/mes. Ahora, de acuerdo a la estequiometría inicial, vamos hallar la masa que sale como CO 2 : 193520 gC * 112 molC gC^ * 1 1 mol molC^ CO^2 * 44 g CO 2 1 mol CO 2 m CO 2 salida = 8514880 g CO 2/ mes El producto final que se da tiene las siguientes características: Tabla 6. Características del compost.
- Temperatura menor a 25°C
Características del compost
- Olor a tierra
- Color oscuro
- porcentaje de humedad menor al 30% Fuente: Elaboración propia. Otra condición importante que nos lleva a saber si el compost final tiene una buena calidad para uso es la relación carbono/ nitrógeno. Esta relación ya nombrada anteriormente debería estar entre 25-30 y en la presente planta de estudio esta relación es de 26. 3. Resultados y discusión Tras describir y analizar los resultados obtenidos en el sistema de compostaje de la Universidad Icesi se procede a realizar una discusión que sirvan para consolidar lo obtenido. El objetivo general que se plantea en el proyecto es el análisis del carbono en el sistema de compostaje de la Universidad Icesi, en donde se analiza el carbono que tiene cada entrada al sistema para saber la cantidad de masa que entra a la planta y de esta forma analizar las salidas que se dan en compost y dióxido de carbono. Para la parte del compost se halló con cuánto carbono sale este, ya que el compost no sale con la misma cantidad de carbono que entra en residuos porque parte de él se pierde en el proceso, una de estas pérdidas es el llamado dióxido de carbono; para esta pérdida se analiza cuando sale de CO 2 en la planta, este análisis se da por medio de una relación estequiométrica para representar simbólicamente la eliminación de este. En este proceso se obtuvo que la masa de carbono de entrada es de 193.52 y el kg mes dióxido de carbono que se elimina en esta este proceso de compostaje es m CO (^) 2 salida = 8514880 g CO 2/ mes , por lo tanto al eliminarse del sistema en forma de CO 2 se considera como un efecto de gas invernadero. Esto evita que la energía solar recibida constantemente por la tierra vuelva inmediatamente al espacio, sin embargo el compostaje ayuda a reducir un 65% la emisión de CO 2 a diferencia de otros procesos. Para finalizar, se concluyo que el proceso de compostaje de la Universidad Icesi es efectivo, ya que cumple con todas las condiciones. Entre estos, la relación C/N, nos ayuda como un parámetro importante para saber si el proceso está en los rangos aceptados del desarrollo del mismo. En este caso la universidad cumple las condiciones que se dan para que los valores sean aceptados y así entregar un producto final listo para la utilización llamado compost. 4. Conclusiones ● Actualmente el compostaje es un proceso eficiente y de buena calidad que muchas organizaciones están empleando, ya que este permite el aprovechamiento de los residuos orgánicos evitando que terminen
1. Tabla de datos en el sistema de compostaje de la Universidad Icesi Fuente: (icesi, 2017).
