PRODUCCIÓN DE COMPOST A PARTIR DE RESIDUOS SÓLIDOS DE UNA PLANTA

DE CELULOSA

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL EN BIOTECNOLOGÍA

SEBASTIÁN ALEJANDRO PORRAS HIDALGO

PROFESOR GUÍA: BLANCA ESCOBAR MIGUEL

MIEMBROS DE LA COMISIÓN: LEANDRO HERRERA ZEPPELIN

MIGUEL LOZANO MUÑOZ

SANTIAGO-CHILE

MARZO 2011

UNIVERSIDAD DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOTECNOLOGÍA

I

RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE

INGENIERO CIVIL EN BIOTEGNOLOGÍA POR: SEBASTIÁN PORRAS HIDALGO

FECHA: 01/03/11 PROF. GUÍA: SRA. BLANCA ESCOBAR

“PRODUCCIÓN DE COMPOST A PARTIR DE RESIDUOS SÓLIDOS DE UNA PLANTA DE CELULOSA”

A partir de las nuevas políticas de gestión de residuos de la Planta Santa Fe de Celulosa de la

Compañía Manufacturera de Papeles y Cartones (CMPC), ubicada en la Octava región de Chile en la

ciudad de Nacimiento, y debido al eventual término de la vida útil del área de desechos controlados

(ADC) que esta posee, se realizó un estudio con el objeto de producir compost a partir de tres diferentes

desechos sólidos que esta genera. El objetivo principal de este estudio fue utilizar estos residuos para

evaluar el potencial uso de estos RISes como compost, según la Norma Chilena (NCh) 2880 del año 2005

“Compost-clasificación y requisitos”, la cual clasifica el compost como tipo A o B dependiendo de su

calidad; el compost tipo B presenta algunas restricciones en su uso.

Particularmente, se estudió el proceso de compostaje, producido a través de la biodegradación

aeróbica, de Lodos de la planta de tratamientos de efluentes primarios y secundarios, Corteza de

Eucalipto proveniente de la descortezadora y una mezcla de Dregs/Grits (7:3) ambos proveniente de la

planta química recuperadora de licor blanco utilizado en el proceso de digestión de la madera.

El trabajo realizado consistió en el montaje de tres experimentos con el fin de comparar las

características finales de los residuos compostados. En el primer experimento se evaluó la mezcla de los

residuos en distintas proporciones, en pequeños volúmenes. En un segundo experimento, debido a la

línea de estudio recomendada por la empresa, se realizó el compostaje de los residuos por separado.

Finalmente, en un tercer experimento, se realizó una mezcla Lodos/Corteza 1:1 con el objeto de

comparar su caracterización final con los resultados obtenidos en el segundo experimento. De acuerdo a

la NCh 2880 (2005) los experimentos se monitorearon periódicamente, determinando variación de la

temperatura, pH, humedad, densidad aparente, conductividad eléctrica, materia orgánica, carbono

orgánico, nitrógeno total, relación C/N, concentración de metales pesados y número de las bacterias

presentes.

Los resultados demuestran que en los experimentos realizados no se logró tal como se esperaba,

un aumento de la temperatura por sobre los 35°C, lo que habría dado cuenta de la participación de

microorganismos termófilos, típicos en estos procesos. Además se observó, con las caracterizaciones

finales de los residuos, que ninguno de ellos podrían ser clasificados como compost Tipo A. No obstante,

los Lodos y la mezcla Lodos/Corteza con una proporción mayor a 2:1 serían los mejores candidatos para

producir compost Tipo B, si se lograra disminuir las concentraciones de Níquel y Zinc.

II

Índice de Contenidos Capitulo 1. Introducción ........................................................................................................................... 1

1.1 Compañía Manufacturera de Papeles y Cartones S.A .................................................................... 1

1.1.1 CMPC Celulosa ........................................................................................................................ 1

1.2 Antecedentes Bibliográficos ........................................................................................................... 5

1.2.1 Biogás. .................................................................................................................................... 6

1.2.2 Bioetanol ................................................................................................................................ 8

1.2.3 Compost ................................................................................................................................. 9

1.2.3.1 Producción de compost en Chile ........................................................................................ 9

1.2.3.2 Tecnologías de compostaje ..............................................................................................11

1.2.3.3 Bioquímica del compostaje ..............................................................................................16

1.2.3.4 Variables que deben ser consideradas para la generación de compost. .........................29

1.3 Objetivos ......................................................................................................................................31

1.3.1 Objetivos Generales .............................................................................................................31

1.3.2 Objetivos Específicos ............................................................................................................31

Capitulo 2. Metodología .........................................................................................................................32

2.1 Experimento 1 ..............................................................................................................................32

2.2 Experimento 2 .............................................................................................................................34

2.3 Experimento 3 ..............................................................................................................................34

2.4 Monitoreo de los experimentos ...................................................................................................35

2.4.1 Temperatura .........................................................................................................................35

2.4.2 pH .........................................................................................................................................35

2.4.3 Humedad ..............................................................................................................................35

2.4.4 Densidad aparente ...............................................................................................................35

2.4.5 Conductividad eléctrica ........................................................................................................36

2.4.6 Materia orgánica y carbono orgánico ..................................................................................36

2.4.7 Nitrógeno total .....................................................................................................................37

2.4.8 Relación Carbono/Nitrógeno ...............................................................................................37

2.4.9 Metales pesados ..................................................................................................................37

2.4.10 Conteo de bacterias viables .................................................................................................38

III

Capitulo 3. Resultados y Discusiones Parciales ......................................................................................39

3.1 Experimento 1 ..............................................................................................................................39

3.1.1 Variación de la temperatura ................................................................................................40

3.1.2 Variación del pH ...................................................................................................................41

3.1.3 Variación de la humedad ......................................................................................................42

3.2 Experimento 2 y Experimento 3 ..................................................................................................42

3.2.1 Variación de la temperatura ................................................................................................43

3.2.2 Variación del pH ...................................................................................................................44

3.2.3 Variación de la humedad ......................................................................................................45

3.2.4 Variación de la densidad aparente .......................................................................................46

3.2.5 Variación de la conductividad eléctrica ...............................................................................47

3.2.6 Variación de la materia orgánica y carbono orgánico ..........................................................48

3.2.7 Variación del nitrógeno total ...............................................................................................49

3.2.8 Variación de la relación C/N .................................................................................................49

3.2.9 Variación de la concentración de los metales pesados........................................................50

3.2.10 Conteo de bacterias .............................................................................................................51

Capitulo 4. Discusión general .................................................................................................................55

4.1.1 Dregs/Grits como enmiendas para tratar suelos ácidos ......................................................58

4.1.2 Utilización de Corteza para la producción de bioetanol de segunda generación ................59

Capitulo 5. Conclusiones .........................................................................................................................62

Capitulo 6. Bibliografía ...........................................................................................................................63

Capitulo 7. Anexos ..................................................................................................................................67

Anexo A Datos bibliográficos ...................................................................................................................67

Anexo B Tablas de resultados experimentales ........................................................................................71

Anexo C Figuras de resultados experimentales .......................................................................................74

ANEXO D Decreto Supremo N° 123 “Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de

tratamiento de aguas servidas” ...............................................................................................................77

IV

Índice de Figuras Figura 1. Diagrama de bloques del proceso en donde se muestra la procedencia de los residuos. ............. 4

Figura 2. Fotografía de los desechos utilizados.............................................................................................. 4

Figura 3. Sistema de compostaje de reactor de flujo pistón vertical. ..........................................................14

Figura 4. Sistema de compostaje de reactor de flujo pistón horizontal. .....................................................15

Figura 5. Reactor horizontal de lecho agitado. ............................................................................................16

Figura 6. Composición de la materia orgánica con respecto a la materia inicial. .......................................17

Figura 7. Composición de la materia orgánica no degradada. .....................................................................18

Figura 8. Bioquímica del proceso de compostaje. .......................................................................................20

Figura 9. Descripción simplificada de lo que ocurre en una pila de compostaje. ........................................21

Figura 10. Sucesión microbiana y ambiental durante el compostaje. .........................................................22

Figura 11. Cambios en la población microbiológica durante el compostaje. ..............................................24

Figura 12. Tipos de bacterias presentes a distintos tiempos durante el compostaje. .................................25

Figura 13. Degradación de la pectina producida por distintos tipos de liasas .............................................26

Figura 14. Tipos de Hongos a distintos tiempos durante el compostaje. ....................................................27

Figura 15. Tipos de bacterias a distintos tiempos durante el proceso de compostaje. ...............................27

Figura 16. Imagen descriptiva de cuando se deberían realizar las aireaciones ...........................................30

Figura 17. Vista lateral del Experimento 1. ..................................................................................................33

Figura 18. Vista superior del Experimento 1. ...............................................................................................33

Figura 19. Fotografía del Experimento 2. .....................................................................................................34

Figura 20. Experimento de digestión por reflujo. ........................................................................................37

Figura 21. Temperatura de las muestras del Experimento 1. Se comparan los valores obtenidos con una

curva teórica de resultados esperados. .......................................................................................................40

Figura 22. Temperatura de las muestras del Experimento 1. ......................................................................40

Figura 23. pH de las muestras del Experimento 1. .......................................................................................41

Figura 24. Humedad de las muestras del Experimento 1. ...........................................................................42

Figura 25. Temperatura de las muestras del Experimento 2. Se comparan los valores obtenidos con una

curva teórica de los resultados esperados. ..................................................................................................43

Figura 26. Temperatura de las muestras del Experimento 2. ......................................................................43

Figura 27. pH de las muestras del Experimento 2. .......................................................................................44

Figura 28. Humedad de las muestras del Experimento 2. ...........................................................................45

Figura 29. Microfotografía de la estructura del micelio de los hongos presentes en los Lodos con un

aumento de 40x al día 13. ............................................................................................................................53

Figura 30. Microfotografía de las esporas de los hongos presentes en los Lodos con un aumento de 40x al

día 13. ...........................................................................................................................................................53

V

Figura 31. Microfotografía de los Lodos, extraídos del núcleo de los recipientes con un aumento de 40x al

día 13. ...........................................................................................................................................................54

Figura 32. Diagrama de bloques pertinente a una planta química de una fábrica de celulosa. ..................67

Figura 33. Vista en microscopio de la dilución realizada con los Lodos a 400x, al día 13 de iniciado el

experimento. ................................................................................................................................................74

Figura 34. Vista en microscopio de la dilución realizada con la Corteza a 400x, al día 13 de iniciado el

experimento. ................................................................................................................................................75

Figura 35. Vista en microscopio de la dilución realizada con los Dregs/Grits a 400x, al día 13 de iniciado el

experimento. ................................................................................................................................................76

VI

Índice de Tablas

Tabla 1. Capacidad de las distintas plantas de CMPC Celulosa. ..................................................................... 2

Tabla 2. Concentraciones máximas de metales pesados en compost Clase A. ...........................................10

Tabla 3. Concentraciones máximas de metales pesados en compost Clase B ............................................10

Tabla 4. Comparación entre los sistemas de compostaje. ...........................................................................11

Tabla 5. Especificaciones para las pilas de volteo de tres tamaños de Plantas. ..........................................13

Tabla 6. Composición de las mezclas realizadas para el Experimento 1. .....................................................32

Tabla 7. Resultados de los análisis químicos iniciales de las materias primas en comparación con los

valores aceptados según la NCh2880. .........................................................................................................39

Tabla 8. Humedad de los Lodos/Corteza del Experimento 3. ......................................................................45

Tabla 9. Densidad aparente de los materiales compostados. .....................................................................46

Tabla 10. Conductividad eléctrica de los extractos 1:5 ................................................................................47

Tabla 11. Materia orgánica en base a muestra seca a 70°C. ........................................................................48

Tabla 12. Carbono orgánico en base a muestra seca a 70°C. ......................................................................48

Tabla 13. Nitrógeno total en base a muestra seca a 70°C. ..........................................................................49

Tabla 14. Relación C/N de las muestras. ......................................................................................................49

Tabla 15. Concentración de metales pesados para el día 60 (Exp. 2) y 73 (Exp. 3). ....................................50

Tabla 16. Concentraciones máximas aceptadas del compost Tipo A por distintos países en comparación

con Chile. ......................................................................................................................................................51

Tabla 17. Recuento de bacterias de los distintos desechos al día 13. .........................................................52

Tabla 18. Resumen de valores finales, del Experimento 2 y 3, de los residuos utilizados para generar

compost. .......................................................................................................................................................57

Tabla 19. Principales métodos de pre-tratamiento materias primas para la producción de bioetanol de

segunda generación. ....................................................................................................................................60

Tabla 20. Géneros procariotas detectados. .................................................................................................68

Tabla 21. Géneros eucariotas detectados ....................................................................................................69

Tabla 22. M.O patógenos encontrados en distintos tipos de residuos........................................................70

Tabla 23. Datos obtenidos durante el monitoreo de la temperatura del Experimento 1. ..........................71

Tabla 24. Datos obtenidos durante el monitoreo del pH del Experimento 1. .............................................71

Tabla 25. Datos obtenidos durante el monitoreo de la humedad del Experimento 1. ...............................72

Tabla 26. Datos obtenidos durante el monitoreo de la temperatura del Experimento 2. ..........................72

Tabla 27. Datos obtenidos durante el monitoreo del pH del Experimento 2. .............................................72

Tabla 28. Datos obtenidos durante el monitoreo de la humedad del Experimento 2. ...............................73

A Manuel,

por ser parte importante en nuestras vidas.

1

Capitulo 1. Introducción

En la actualidad, la preocupación por el medio ambiente y gestión de residuos tanto por los

individuos como por las empresas ha ido en aumento, siendo un tema reglamentado con normas

específicas, que incrementan paulatinamente su grado de exigencia.

Debido a los residuos que producen las Plantas, es que se ha obligado a las industrias de forma

legal a disminuir a niveles aceptables sus emisiones de todo agente normado. Un ejemplo de lo anterior,

son las normas a las cuales se deben regir las Plantas al tratar sus efluentes, debiendo cumplir por

ejemplo con el decreto supremo N°90, el cual establece las normas de emisión para la regulación de

residuos asociados a las descargas de líquidos a aguas marinas y continentales superficiales.

1.1 Compañía Manufacturera de Papeles y Cartones S.A

CMPC es una Sociedad Anónima abierta, creada el 12 de marzo de 1920. Su origen es fruto de la

fusión de las empresas productoras de papel Ebbinghaus, Haensel & Cía., y la Comunidad Fábrica de

Cartón Maipú. Posee en la actualidad 7.085 accionistas distribuidos en 200 millones de acciones.

Además, es la empresa productora de papel más antigua del país y goza de una larga trayectoria como

proveedor de los mercados extranjeros. Posee una diversificada red de comercialización de

exportaciones que alcanza a más de 200 clientes en 30 países.

La compañía produce y comercializa rollizos (aserrables y pulpables) y maderas

remanufacturadas y terciadas, celulosa blanca fibra larga y fibra corta, papeles gráficos, papel periódico,

cartulinas y papeles para corrugar, productos tissue, pañales y toallas higiénicas, cajas de cartón

corrugado, bandejas de pulpa y sacos de papel. En su gran mayoría, las marcas registradas por la

empresa están asociadas a productos del negocio tissue: Babysec para pañales de niños; Cotidian para

pañales de adultos; Confort, Elite, Noble, Nova, Higienol, Sussex y Orquídea para servilletas, papel

higiénico, pañuelos, entre otros; Ladysoft para protección femenina y Equalit para papel fotocopia

(Empresas CMPC, 2010).

CMPC es una industria forestal integrada, la cual opera como un holding a través de cinco

centros de negocios: Forestal, Celulosa, Papeles, Tissue y Productos de Papel. Cada una de estas áreas

funciona de manera independiente, encontrándose en el holding de la compañía la coordinación general

y la administración financiera de estos negocios. Abastecimientos, sistemas computacionales y otros

relacionados a soporte administrativo, están centralizados en Servicios Compartidos CMPC S.A.

(Empresas CMPC, 2010) Por esta razón se puede clasificar a CMPC como una empresa completamente

diversificada en su negocio.

1.1.1 CMPC Celulosa

CMPC Celulosa opera tres plantas de celulosa en Chile, con una capacidad de producción anual

de 870.000 toneladas métricas de celulosa kraft de fibra larga y 1.150.000 toneladas métricas de celulosa

kraft de fibra corta. Posee, además, una capacidad de pulpa de mercado de 815.000 toneladas métricas

al año de pulpa kraft de fibra larga y de 990.000 toneladas métricas al año de pulpa kraft de fibra corta.

2

Orientada a la fabricación y comercialización de celulosa, esta división exporta el 90% de su

producción a los mercados de América, Europa, Asia y Oceanía, contando con una red logística que

presenta terminales en todo el mundo.

El área Celulosa de CMPC produce aproximadamente 2 millones de toneladas a través de sus

plantas: Laja, Pacífico y Santa Fe, todas ellas con certificación ISO 9001, ISO 14001 y OHSAS 18001.

Además, tiene certificada su cadena de custodia según estándares CERTFOR- PEFC, garantizando que su

materia prima proviene exclusivamente de bosques cultivados, y perfectamente trazables desde el

bosque hasta su destino final.

Este trabajo de título se realizó en conjunto con Planta Santa Fe de CMPC Celulosa, la cual es una

de las tres Plantas de CMPC Celulosa ubicadas en Chile, las dos restantes son: Planta Laja y Planta

Pacífico. Estas Plantas se diferencian principalmente por sus capacidades y por el tipo de celulosa que

producen, como se describe en la Tabla 1.

Tabla 1. Capacidad de las distintas plantas de CMPC Celulosa. (CMPC Celulosa, 2010)

Planta Ubicación Ton/Año Tipos de Celulosa

Laja VIII Región, Laja 360,000 - Celulosa Blanca Fibra Larga - Celulosa Cruda Fibra Larga

Santa Fe VIII Región, Nacimiento

1,150,000 - Celulosa Blanca Fibra Corta

Pacífico IX Región, Angol 510,000 - Celulosa Blanca Fibra Larga

La Planta Santa Fe se encuentra ubicada en la ciudad de Nacimiento, Región del Bío Bío, a 500

kms. al sur de Santiago en la VIII Región. Inició sus operaciones en 1991. Actualmente produce más de un

millón de toneladas al año de celulosa kraft blanqueada de fibra corta, en base a madera de eucaliptos,

para lo cual emplea alrededor de 405 trabajadores.

Esta celulosa reúne un conjunto de características que la transforman en la materia prima ideal

para la producción de papeles finos de impresión y escritura y papeles tissue.

Santa Fe posee dos líneas de producción de celulosa, las cuales funcionan en paralelo desde la

llegada de la madera hasta la salida del producto final. La principal diferencia entre estas dos líneas, es la

capacidad de la segunda línea, debido a que es mayor que la primera línea. Simultáneamente con la

ejecución del proyecto de instalación de la segunda línea, se realizaron importantes inversiones mayores

al millón de dólares orientados a lograr un desempeño ambiental según las normas chilenas, como lo fue

realizar un vertedero propio o ADC el cual fue aprobado el año 1996 y contó con la RCA N°199/1996. El

plan de cierre se ejecutó según las especificaciones establecidas en el documento entregado a CONAMA

con fecha 23 de noviembre del 2006, el cual fue visado conforme por la autoridad sanitaria mediante

ORD Nº 1081 de fecha 4 de julio del 20071.

1 Servicio de Evaluación Ambiental (SEA)

3

Además se realizó la construcción de las plantas de tratamiento de efluentes realizando un

tratamiento tanto físico como biológico. Asimismo se luego del cierre del primer ADC implementó un

vertedero propio en donde poder desechar los distintos RISes el cual cuenta con la RCA N°066/20042.

La Planta Santa Fe se ha preocupado de mejorar su gestión de residuos constantemente, por

esta razón nace el proyecto de utilizar los desechos como sub-productos para la generación de compost

en el caso de los Dregs/Grits, Cortezas y Lodos de las plantas de tratamiento.

El presente trabajo considera el manejo de estos desechos para ser utilizados como materias

primas, evaluando según la norma chilena NCh2880/2005 si cumplen la regulación pertinente.

El proceso dentro de la Planta Santa Fe de Celulosa CMPC produce diariamente más de 200

m3/día de residuos sólidos. Estos producidos a distintos niveles del proceso, y se pueden clasificar

dependiendo de su procedencia en:

Mezcla prensa Lodos: Lodos provenientes de los tratamientos de sólidos gruesos

(primarios) y biológico (secundarios) de los efluentes del proceso.

Dregs: Impurezas no solubles del licor verde, proveniente del proceso de clarificación y

obtenido de un estanque clarificador

Grits: Principalmente CaO no reaccionado durante el proceso de caustificación.

Corteza: Proveniente de la descortezadora.

Los residuos descritos como Dregs y Grits provienen de la planta química, la cual tiene como

función recuperar los reactivos químicos utilizados en la digestión de la materia prima. En la Figura 1 se

muestra en qué parte del proceso se producen estos residuos. Un mayor detalle del proceso de la planta

química se puede ver en la Figura 33 del Anexo A.

2 Servicio de Evaluación Ambiental (SEA)

4

Figura 1. Diagrama de bloques del proceso en donde se muestra la procedencia de los residuos. (*) Etapas donde se producen los efluentes que van a la planta de tratamiento. (CMPC Celulosa, 2010)

Figura 2. Fotografía de los desechos utilizados. (a) Dregs/Grits, (b) Lodos, (c) Corteza.

Actualmente, en la Planta, se manejan estos residuos de dos formas.

Parte de la Corteza es quemada para la utilización de la caldera recuperadora del licor

verde.

El resto de los desechos son llevados a un Área de Desechos Controlados (ADC), propio

de la Planta, el cual tiene como finalidad acumular desechos sólidos. Este vertedero

(a) (c) (b)

5

posee una carpeta aislante de polímero y un sistema recuperador del lixiviado que se

produce, el cual vuelve a la planta de tratamiento y cuenta con la RCA N°066/2004.

La problemática principal sobre los desechos y su contaminación al medio, se refiere a este

último punto, aunque el Área de Desechos Controlados tiene un tamaño lo suficientemente grande para

seguir acumulando desechos por un par de años más, el costo que significa operar el vertedero y las

dificultades en el tratamiento de este han llevado a los encargados de la Planta a buscar otras soluciones

para manejar estos desechos. Principalmente se ha tratado de encontrarles alguna utilidad y/o un valor

agregado.

Los proyectos que se han considerado en la Planta Santa Fe son:

Aumentar la quema de la Corteza utilizando una nueva caldera recuperadora que se

instalaría en la empresa, debido a necesidades del proceso mismo.

Adquirir los permisos para poder quemar los Lodos provenientes de las prensas.

Utilizar RISes para la producción de enmiendas agrícolas y forestales según la NCh

2880/2005.

En el presente trabajo se evaluó la utilización de estos RISes para la elaboración de compost,

analizando la factibilidad y viabilidad de producirlo a partir de estos desechos. Con este fin se realizaron

experimentos a escala de laboratorio de una pila de compostaje, considerando los distintos desechos

sólidos de la Planta en cuestión. De esta manera se evaluó la viabilidad de utilizar estos desechos como

abono orgánico, considerando su composición y las características que debe tener una enmienda de este

tipo.

1.2 Antecedentes Bibliográficos

Toda Planta e Industria debe seguir un plan de manejo de residuos según las normas chilenas, los

producidos en distintas etapas del proceso. Estos residuos sólidos o líquidos, además de sus manejos

tradicionales, como lo son la implementación de plantas de tratamiento, creación de vertederos, etc.,

poseen tratamientos no convencionales, debido a la existencia de nuevas tecnologías. La finalidad de la

creación de estas tecnologías tiene directa relación con encontrar maneras para que un desecho sea

considerado como un subproducto y de esta forma otórgales una utilidad que antes no poseían, además

de disminuir la generación de desechos por parte de la industria.

Ejemplo de estas tecnologías son la producción de:

Biogas

Bioetanol

Compost

6

1.2.1 Biogás.

El Biogás es producto de la descomposición anaeróbica de materia orgánica. Estos gases están

compuestos por una mezcla en distintas proporciones de compuestos gaseosos como, Metano (CH4),

dióxido de carbono (CO2) y en menor cantidad de ácido sulfhídrico (H2S), entre otros. (Instituto Nacional

de Tecnología Agropecuaria, 2009)

Las reacciones que se producen en la descomposición anaeróbica de la materia orgánica son:

Reacciones fermentativas

Reacciones acetogénicas sintróficas

Reacciones metanogénicas

7

Reacciones sulfidogénicas

La utilización de residuos orgánicos para la creación de este producto y la obtención de biogás

con características cercanas al gas natural, comienzan en el año 1890, fecha en la cual se construyó el

primer biodigestor en India. Desde ese año al actual se han aumentado los conocimientos con respecto a

la bioquímica y microbiología del proceso.

La producción de biogás está dividida en una serie de fases que se caracterizan por la actividad

de distintas bacterias. La primera fase es de hidrólisis, en donde la materia orgánica es hidrolizada por

microorganismos en estructuras carbonadas de cadenas cortas. Lo anterior, libera ácidos orgánicos,

hidrógeno y CO2. Los microorganismos presentes son principalmente anaeróbicos facultativos. En la

segunda etapa, bacterias acetogénicas reducen los ácidos orgánicos liberando hidrógeno y CO2. Por

último, en la tercera etapa, ocurre principalmente la generación de metano producida por bacterias

metanogénicas.

Las características tanto de las materias primas como del proceso en sí son extremadamente

significativas en cuanto al producto que se obtendrá finalmente, siendo el objetivo principal lograr un

alto porcentaje de metano en el biogás producido. Ejemplo de lo anterior, es que las reacciones solo

pueden realizarse a concentraciones nulas de oxígeno, ya que en caso contrario las bacterias que actúan

en la reacción no logran subsistir y en consecuencia la degradación de la materia orgánica disminuye

significativamente.

Con los conocimientos actuales se han logrado construir reactores que posean las características

para poder producir biogás con distintos rendimientos, dependiendo del costo del mismo y de la calidad

de biogás que se quiera producir. (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, 2009)

Los objetivos finales de la producción de biogás son:

Estabilización de efluentes

Producción de energía

Producción de fertilizantes orgánicos (sólidos restantes luego de la digestión)

Protección ambiental

8

1.2.2 Bioetanol

El bioetanol es el producto de la fermentación anaeróbica de los compuestos orgánicos y es

considerado un biocombustible. Los biocombustibles derivados de materias de origen biológico, como el

bioetanol, ofrecen la oportunidad de reducir las emisiones de dióxido de carbono por unidad de energía

producida, reducir la dependencia de las importaciones de energía en el caso de Chile, y crear una

barrera para los crecientes precios del petróleo.

En este contexto se inició la producción de bioetanol de primera generación, utilizando fuentes

directas de azúcar como materia prima, como la caña de azúcar o la remolacha. Esto ha generado

problemas a nivel mundial, debido a que se compite por terrenos destinados a la producción de

alimentos, lo cual fue un factor en el incremento del precio de los mismos. Por ello, se hizo necesario

buscar nuevas alternativas para la producción de bioetanol, frente a esto nace el bioetanol de segunda

generación producido a partir de residuos lignocelulosicos como: paja de cereal, residuos forestales,

madera, residuos agrícolas, entre otros.

El utilizar residuos lignocelulosicos se proyecta como la materia prima del futuro para la

producción de bioetanol, debido a su alta disponibilidad al aprovechar materias consideradas desechos,

menores costos, menor emisión de agentes contaminantes y mayor eficiencia energética (BNDES y CGEE,

2008). En efecto, ya existen ciertos procesos patentados para la producción con esta materia prima

(Hahn-Hagerdal B. et al, 2006; Agblevor F., 2007). En este caso se habla de bioetanol de segunda

generación.

El proceso para la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica consiste

fundamentalmente en (Sotomayor R., 2010):

Pretratamiento de la materia prima: cuyo objetivo es mejorar la posterior hidrólisis. Esta

se puede realizar de distintas maneras siendo la más utilizada industrialmente la

explosión por vapor, en donde se mezcla la materia prima con vapor de agua a altas

presiones para posteriormente disminuirla rápidamente produciéndose una

descompresión explosiva.

Hidrólisis y fermentación de los azúcares: a diferencia del proceso de producción de

bioetanol de primera generación, es necesario realizar una etapa de hidrólisis de la

hemicelulosa y celulosa para liberar los azúcares que serán posteriormente fermentados

a etanol.

Separación del bioetanol de los demás componentes: para incrementar la pureza del

producto final es necesario una serie de etapas de separación, como la destilación del

efluente principal. A su vez, estas etapas pueden conllevar una o más operaciones

unitarias, y además, se deben realizar diversas separaciones intermedias para mejorar

rendimientos, disminuir cargas, y recuperar subproductos.

Los objetivos finales de la producción de biogás son:

Producción de energía

Protección ambiental

9

1.2.3 Compost

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.

1.2.3.1 Producción de compost en Chile

El 22 de Febrero del 2005 se publicó en el Diario Oficial la Norma Chilena 2880(2005) “Compost –

Clasificación y requisitos”, la cual fue elaborada por el INN3 (CONAMA). Esta norma indica cuáles son las

clasificaciones y requisitos de calidad del compost producido a partir de distintos residuos, con el fin de

normalizar los productos que son vendidos en el mercado nacional. Es necesario destacar, que esta

norma se aplica al compost producido en plantas de compostaje, siempre y cuando el producto se

comercialice bajo el nombre de compost.

En la NCh 2880(2005) se describen los niveles mínimos y máximos que debe cumplir el compost

comercial, en lo que se refiere a pH, relación C:N y Conductividad eléctrica, entre otros, considerando

todos los factores y como afectarían al suelo donde serían utilizados. Dependiendo de estos valores el

compost se puede clasificar como Clase A o Clase B, en donde la primera clasificación no presenta

restricciones de uso y la segunda sí (Norma Chilena Oficial NCh 2880/2005, Compost-Clasificación y

requisitos, 2005).

La NCh 2880(2005), normaliza también los métodos que deben ser utilizados para obtener los

valores de las distintas variables. Para esto se ha recurrido al manual TMECC4, el cual describe con

detalle los métodos necesarios para medir las variables existentes. Este manual de laboratorio, en el

mercado tiene un costo mayor a los 200USD (TMECC, US Composting Council, 2010). No obstante, existe

una versión gratuita creada en Chile por el INIA5, que traduce los métodos descritos en el TMECC

normalizando la metodología a utilizar (Sadzawka A. et al 2005).

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 2. Su conductividad eléctrica debe ser menor a tres

3 INN: Instituto Nacional de Normalización.

4 TMECC: Test Methods for Evaluation of Compost and Composting

5 INIA: Instituto de Investigación Agropecuaria

10

decisiemens por metro (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 3. Su conductividad eléctrica debe ser menor a ocho

decisiemens por metro (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 tres decisiemens por metro (3dS/m)

Tabla 2. Concentraciones máximas de metales pesados en compost Clase A (NCh 2880, 2005).

Metal pesado Concentración máxima en

mg/kg de compost (base seca)

Arsénico 15

Cadmio 2

Cobre 100

Cromo 120

Mercurio 1

Níquel 20

Plomo 100

Zinc 200

Tabla 3. Concentraciones máximas de metales pesados en compost Clase B (NCh 2880, 2005).

Metal pesado Concentración máxima en

mg/kg de compost (base seca)

Arsénico 20

Cadmio 8

Cobre 1000

Cromo 600

Mercurio 4

Níquel 80

Plomo 300

Zinc 2000

Se observa de las tablas anteriores que los metales pesados cuyas concentraciones máximas tienen

rangos permitidos más altos son el Zinc y el Combe mientras las que tienen un rango permitido más

pequeño son el Mercurio y el Cadmio

11

1.2.3.2 Tecnologías de compostaje

Para la producción de compost, de manera industrial, existen diferentes sistemas de compostaje,

estas variaciones tecnológicas se clasifican principalmente en dos grupos, los abiertos y los cerrados,

diferenciándose los dos grupos debido a que el segundo desarrolla el compostaje en reactores y/o

contenedores. Es importante rescatar que en Estados Unidos la cantidad de instalaciones de compostaje

aumentó desde el año 1980 al 1995 de 35 a 228, utilizando la mayoría el método de pilas estáticas

aireadas. (Del Carmen C., 2002)

La comparación de los sistemas de compostaje abiertos y cerrados se puede ver en la Tabla 4, la

selección final del proceso y materias primas que se utilizaran para compostar debe realizarse en base a

su factibilidad tecnológica, costos económicos y su impacto social y ambiental (De La Maza, F, 2001).

Tabla 4. Comparación entre los sistemas de compostaje. (Del Carmen C., 2002)

Elemento de comparación Sistemas Abiertos Sistemas Cerrados

Superficie a ocupar Grande Reducida

Clima Temperaturas no extremas Variable y frío

Sustrato Todos, pero con material de

soporte

Principalmente aquellos con

elevada humedad

Tecnología

Relativamente sencilla. Dos

opciones de sistemas de aireación:

forzada y volteos

Relativamente sofisticada.

Múltiples opciones de sistemas de

aireación.

Inversión De baja a moderada De elevada a muy elevada

Costos de explotación Variable Elevado

Consumo energético Bajo a medio Medio a elevado

Olores Problemas si no hay suficiente

aireación Se pueden controlar

Duración Compostaje: 21 a 28 días

Maduración mínimo 30 días

Compostaje: 3 a 15 días

Maduración: mínimo a 30 días

Calidad final del producto Buena si el proceso es adecuado Mejor calidad

Los principales sistemas de compostaje son:

Sistemas abiertos

o Apilamiento estático aireado

o Apilamiento con volteo

12

Sistemas cerrados

o Reactor de flujo en pistón vertical

o Reactor de flujo en pistón horizontal

o Reactor de lecho agitado

1.2.3.2.1 Apilamiento estático aireado

Esta tecnología consiste en la construcción de una red de tuberías conductoras de aire, sobre

ellas se distribuye el material a compostar en formas de pilas de apilamiento. Las pilas pueden tener una

altura entre los 2 a 2,5m. Los residuos se apilan sobre una capa de material de apoyo que puede ser

aserrín o algún otro residuo orgánico de no más de 0,3m de altura. De manera de filtrar los olores se

puede colocar una capa de compost ya maduro sobre los residuos a compostar de entre 15 a 20 cm. El

material se composta por 1 a 2 meses y luego es pasado por tamices para recuperar el material no

degradado, el cual es reutilizado y mezclado con residuos no compostados para formar nuevas pilas de

acopio (Del Carmen C., 2002).

1.2.3.2.2 Apilamiento con volteos

Este es el sistema de compostaje menos complejo, ya que requiere de una simple preparación

del terreno, esto significa retirar del área de compostaje (o canchas de compostaje) la maleza, arbustos u

otros elementos que interfieran con la operación del sistema. Posteriormente el terreno debe

impermeabilizarse de manera que no exista contacto entre la tierra y los lixiviados y/o las aguas

pluviales, evitando de esta manera una posible contaminación. La recolección de estos líquidos se puede

realizar a través de canaletas a los bordes del área de compostaje o una red de cañerías por debajo de

las pilas (Sztern D., Pravia M., 2009).

Los volteos se deben realizar periódicamente de manera de introducir el material de la corteza

de la pila (parte exterior) al núcleo de la misma (parte interior), esta debe realizarse tras sobrepasar los

65°C o cuando la temperatura desciende de los 50°C, temperatura producida por la degradación de la

materia organica, de esta manera se intenta compostar todo el material apilado. Este proceso puede

durar entre 2,5 a 3 meses (De La Maza, F, 2001).

Al necesitar de maquinaria para poder voltear las pilas, es imperante considerar los espacios

necesarios mínimos que deben existir entre pila y pila, la cual no debe ser menor a 4m. Las pilas pueden

tener distintos tamaños. Ver Tabla 5 (Sztern D., Pravia M., 2009).

13

Tabla 5. Especificaciones para las pilas de volteo de tres tamaños de Plantas (Del Carmen C., 2002).

Tamaño de Planta

Especificación Pequeña Mediana Grande

Alto[m] 0,9 1,4 2,1

Ancho[m] 3,7 4,3 7,0

Razón Volumen/Largo [m3/m] 2,3 3,1 8,8

Razón Volumen /Área [m3/ha] 1890 2830 6610

Razón Superficie/Volumen[m2/m3] 2,6 1,6 0,8

Las principales desventajas de este tipo de operaciones, son las grandes áreas que se requieren

para que las maquinarias puedan voltear las pilas sin complicaciones. Además, debido a que no existe

una aireación forzada del material, los tiempos de compostaje son mayores que en el caso del

apilamiento con aireación y puede ser que la degradación no sea uniforme en caso de que la aireación

no sea homogénea durante el volteo(De La Maza, F, 2001).

1.2.3.2.3 Reactor de flujo pistón vertical

Este tipo de reactores para compostar los residuos, son construidos de acero, concreto y/o

mallas de fibra de vidrio reforzada. La mezcla ingresa por la parte superior del reactor a través de una

cinta de alimentación. Los residuos que ingresan van bajando por el estanque y salen según el tiempo de

residencia del equipo en cuestión. El producto final es extraído desde el fondo del estanque por un

sistema de descarga, el que consiste en un gran tornillo sin fin que capta el compost ya producido, este

se encuentra ubicado sobre las tuberías de aireación las cuales entregan el aire al proceso.

Las ventajas de este tipo de tecnologías es el mayor control que se puede tener sobre el proceso

de compostaje, pero a diferencia de los sistemas abiertos anteriormente descritos, la inversión es mucho

mayor. En la Figura 3 se observa un típico reactor de flujo pistón vertical.

14

Figura 3. Sistema de compostaje de reactor de flujo pistón vertical (Del Carmen C., 2002).

1.2.3.2.4 Reactor de flujo pistón horizontal

Este tipo de reactor también es conocido como reactor de túnel, el cual consiste en un estanque

horizontal, donde una de las paredes es un muro de acero que puede abrirse para realizar la carga del

material. Una vez que el material es agregado al reactor, el muro es empujado por pistones que

presionan los residuos dentro del estanque. El sistema de aireación se encuentra por los costados del

reactor de manera de ir suministrando el aire homogéneamente. Finalmente, el compost ya producido

se extrae por el extremo contrario al muro de acero, teniendo un tiempo de residencia mayor a una

semana. Una dimensión típica es de 5m de ancho, 3m de altura y 20 m de largo. En la Figura 4 se puede

ver un reactor de flujo pistón horizontal (Del Carmen C., 2002).

15

1.2.3.2.5 Reactor de lecho agitado

La diferencia principal de este tipo de sistema con los anteriores, es que los residuos a compostar

se encuentran constantemente agitados, como se ve en la Figura 5. La forma de estos reactores puede

ser rectangular o circular, además de poseer un sistema de aireación por la parte inferior. Otra diferencia

con los sistemas anteriores, es que posee un mezclador que agita los residuos, debido a la densidad que

estos poseen se necesitan grandes rodillos que puedan realizar el mezclado. Por lo anterior, el costo

energético generado en el proceso es superior que en el caso de los reactores de flujo pistón (Del

Carmen C., 2002).

Figura 4. Sistema de compostaje de reactor de flujo pistón horizontal (Del Carmen C., 2002).

16

Figura 5. Reactor horizontal de lecho agitado. (Del Carmen C., 2002)

1.2.3.3 Bioquímica del compostaje

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

degradación de la celulosa se produce por acción de las celulasas, que en realidad es un complejo

sistema enzimático. En la literatura (Moreno J., 2008) se describen tres tipos de actividad de este

complejo enzimático que se caracterizan por:

Endoglucanasas: Corte al azar en distintos sitios del polímero de celulosa, lo que implica la

formación de nuevos extremos reductores.

Exoglucanasas: Liberación progresiva de glucosa o celobiosa, dímero formado por unidades de

dos glucosas, a partir de celulosa.

β-glucosidasas: Degradación de celobiosa y otros oligómeros relativamente pequeños a glucosa.

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

17

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. Su descomposición no se encuentra completamente estudiada, pero se sabe

que el fungi Phanerochaete chrysosporium, produce agentes oxidantes que rompen la lignina en

diferentes sub-unidades, liberando fenoles, ácidos y alcoholes aromáticos, los cuales posteriormente se

mineralizan (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). En el primer gráfico (Figura 6), se

observa los cambios con respecto a la materia seca inicial y el segundo (Figura 7), se describen los

cambios en la composición de la materia orgánica que no ha sido degradada.

Figura 6. Composición de la materia orgánica con respecto a la materia inicial (Epstein E., 1997).

18

Figura 7. Composición de la materia orgánica no degradada (Epstein E., 1997).

De la Figura 6 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 7 se muestra que la lignina,

la cual es un complejo polimero, de monómero C10H12O3, es de los compuestos más difíciles de

descomponer en comparación con la hemicelulosa y la celulosa, esto se debe a que la unión de

moléculas de fenilo-propano produce un polímero capaz de resistir ataques microbiológicos y

mecánicos. En la Figura 8 se observa un ejemplo de la estructura de la Lignina

Figura 8. Estructura de la Lignina. (Haider K., 1964)

19

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.

Luego las reacciones que ocurren durante el proceso de compostaje son (Vazques-Contreras E.,

2003; Sotomayor R., 2010; Escuela Internacional de Ingeniería del Agua de Andalucía, 2010; Vazques-

Contreras E., 2003):

Degradación de celulosa

Degradación de hemicelulosa

Proteólisis

Nitrificación por Nitrosomonas

Nitrificación por Nitrobácter

Amonificación por desaminación de aminoácidos

20

Amonificación por hidrólisis de urea

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 9 se observa un

diagrama descriptivo de la bioquímica que se produce en una pila de compostaje.

Figura 9. Bioquímica del proceso de compostaje (Moreno J., 2008).

El 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 10.

21

Figura 10. Descripción simplificada de lo que ocurre en una pila de compostaje (Sherman R. , 1999).

1.2.3.3.1 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 11.

22

Figura 11. Sucesión microbiana y ambiental durante el compostaje (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. Esta etapa puede disminuir si se realiza

un previo inóculo con suelo fértil, el cual puede mezclarse con los desechos a compostar en una

razón de 0,5 kg/m2 (Sztern D., Pravia M., 2009) sobre residuos extendidos en capas no

superiores a los 20cm.

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.

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. La alta

23

temperatura a su vez puede disminuir la cantidad de microorganismos nocivos como Enterovirus

y Salmonella entre otros, si fuera el caso.

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, como se puede ver en la Figura

11, sin considerar la maduración.

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 (ocurridos principalmente en la etapa de maduración) (Sztern D., Pravia M.,

2009).

La caracterización de los microorganismos presentes en el proceso de compostaje durante todas

sus etapas es bastante compleja, ya que existen diversas bacterias, virus y hongos que se encuentran

activos durante todo el compostaje y que obedecen a las características de la materia orgánica que se

está degradando como por ejemplo su pH. El tipo predominante de microorganismos es dependiente de

las condiciones nutricionales y ambientales que posee la pila en un momento dado. Luego, es de suma

importancia su capacidad de subsistir en las condiciones imperantes.

El conjunto de microorganismos, dependiendo de su actividad, afecta positiva o negativamente.

Los microorganismos indeseados son aquellos que producen olores desagradables, además de los

microorganismos patógenos. Cabe destacar, que aquellos microorganismo que se espera que

predominen, son los capaces de degradar la materia orgánica en presencia de oxígeno, es decir,

aeróbicos, y aquellos que compiten directamente con los patógenos.

La reacción que se produce durante la biodegradación catalizada por microorganismos

quimioheterótrofos en presencia de oxígeno, libera: agua, energía y dióxido de carbono, reacciones que

producen ATP a través de distintas rutas metabólicas que convergen en el ciclo de Krebs. La energía en

forma de calor produce un aumento de la temperatura si es que los compuestos degradados se

encuentran lo suficientemente aislados para que no se disipe.

Como se mencionó, los tipos de microorganismos presentes y/o predominantes en cada etapa

dependerán de su capacidad para subsistir en las condiciones imperantes, principalmente su resistencia

a la temperatura, a la que se encuentra el material. A continuación se observa cómo varían los distintos

tipos de microorganismos según el tiempo de compostaje (Epstein E., 1997).

24

Figura 12. Cambios en la población microbiológica durante el compostaje, medido en log del número de

microorganismos por gramo de peso seco (Epstein E., 1997).

Las bacterias se han detectado en todas las fases del proceso de compostaje, pero se encuentran

principalmente en las etapas mesófilas y termófilas iniciales. Esto se debe, a todo el amplio grupo de

especies de bacterias que se encuentran presente en las pilas de compostaje, y a la capacidad de algunas

bacterias de resistir altas temperaturas (termófilos) y de formar esporas resistentes. Cabe destacar, que

las bacterias aisladas, con mayor frecuencia son las productoras de amoniaco (amonificantes) como se

puede ver en la Figura 12.

25

Figura 13. Tipos de bacterias presentes a distintos tiempos durante el compostaje, medido en log del número de

microorganismos por gramo de peso seco (Epstein E., 1997).

De las bacterias destacadas en la Figura 13, las bacterias productoras de amoniaco están ligadas

con la amonificación. Las proteolíticas con la degradación de las proteínas (proteólisis). Las celulolíticas

se encargan de degradar la celulosa con las celulasas que producen. Las bacterias fijadoras de nitrógeno

son capaces de transformar el nitrógeno atmosférico (N2) en amoniaco, el cual es rápidamente ionizado

a amonio. La generación de amoniaco esta dado por la siguiente reacción:

Por último, las bacterias pectinolíticas poseen la capacidad de degradar la pectina, que es un

polímero que se encuentra en las paredes celulares vegetales cuya composición varía dependiendo del

tipo de planta pero principalmente está compuesta por carbohidratos, esta degradación es realizada por

liasas que pueden cortar en los extremos o en secciones al azar (Del Rosario, M., 1999), en la Figura 14 se

puede observar el compuesto final producido por las distintas tipos de liasas.

26

Figura 14. Degradación de la pectina producida por distintos tipos de liasas (Jordi, P. 1996).

Los hongos y los actinomicetos se encuentran principalmente en la fase de maduración, debido a

su capacidad para descomponer las materias orgánicas más complejas. Con respecto a los actinomicetos,

estos también se encuentran en el resto de las etapas, incluso en la etapa termófila. Al igual que los

hongos, estas bacterias producen células filamentosas, pero tienen mayor capacidad de degradación de

compuestos complejos, además de caracterizarse por producir un compuesto volátil conocido como

geosmina, el que le entrega el olor característico de tierra mojada al compost (Serrano R., José A.

Sandoval, Ángel H., 2008).

27

Figura 15. Tipos de Hongos a distintos tiempos durante el compostaje. medido en log del número de hongos por

gramo de peso seco (Epstein E., 1997).

Figura 16. Tipos de bacterias a distintos tiempos durante el proceso de compostaje. Medido en log del número

de microorganismos por gramo de peso seco (Epstein E., 1997).

Con respecto a los hongos y levaduras, estos se han detectado de las clases Ascomycetes,

Zygomycetes, Basidiomycetes y Saccharomycetes. Según la Figura 15, existen tres tipos de hongos

principales que actúan en la degradación de la materia orgánica: hongos celulíticos, pectinolíticos y por

28

último, hongos amilolíticos, los cuales degradan las cadenas de polisacáridos del almidón en glucosa en

una reacción similar a la degradación de la celulosa, pero con otro mecanismo, debido a la diferencia de

estructura entre el almidón y la celulosa (Heredia S., 2008).

También se han detectado arqueas anaerobias productoras de metano, debido a la formación de

microambientes anaerobios en el núcleo de la pila de compostaje. Luego, se pretende que la aparición

de este tipo de microorganismos sea baja, ya que es preferente que exista un ambiente aeróbico. Los

géneros fúngicos más frecuentemente detectados son Aspergillus y Penicillium. En la literatura se

describe que al subir la temperatura sobre los 65°C la población de hongos disminuye, pero apenas baja

ese límite, comienza la repoblación por parte de los hongos (Epstein E., 1997). Las levaduras encontradas

corresponden a los géneros de Candida, Rhodotorula, Kluyveromyces, Pichia, Toruloposis y

Trichosporon.

Cabe destacar, que según Moreno J. (2008) en un estudio recopilatorio de la cantidad de

microorganismos presentes en el proceso de compostaje se han encontrado, por distintos estudios, 155

especies distintas de bacterias, 33 clasificadas como Actinomicetos, pertenecientes a 66 géneros

diferentes, y 408 especies de hongos incluidos en 160 géneros. Con respecto a esto, la información de los

microorganismos presentes aún necesita mejorarse, ya que la composición microbiológica depende a su

vez de los microorganismos presentes en la localidad donde se está realizando el compostaje, además de

los microorganismos propios de los desechos utilizados.

Es importante mencionar con respecto a las temperaturas que alcanzan las pilas de compostaje,

que estas pueden alcanzar niveles entre los 60 y 70°C. En dichas temperaturas solo pueden sobrevivir

algunos microorganismos, de esta manera se contribuye a la sucesión de poblaciones microbianas,

eliminación de los microorganismos patógenos y la modificación de las propiedades fisicoquímicas de los

sustratos.

Con respecto a los contaminantes metálicos, estos no son retirados significativamente durante el

compostaje. Las oxidaciones y las reducciones producidas por los microorganismos se traducen en una

reducción de la biodisponibilidad de estos metales, debido principalmente al aumento de la solubilidad

de los metales, de manera que estos pasan a la fracción líquida, además de la adsorbancia de los metales

por sustancias húmicas u óxidos de hierro que disminuyen su biodisponibilidad (Moreno J., 2008).

Otro punto en el que aún falta estudio, es en los mecanismos de interacción específicos que

existen entre los microorganismos deseados y los indeseados, es por esta razón que se necesita un mejor

conocimiento del proceso en sí para poder optimizar el compostaje y mejorar la capacidad de

biorremediación de los microorganismos beneficiosos (Sherman R., 1999).

Por último es importante mencionar, que el aumento del conocimiento existente de los

microorganismos presentes y sus distintas actividades podría ser utilizado en un futuro para optimizar

los tiempos y eficiencias del proceso de compostaje. Además, tener en cuenta las diferentes variables

que actúan en la producción de compost (condiciones ambientales, microorganismos presentes, etc.),

dan como resultado una correcta manipulación de las pilas y en consecuencia un mejor producto final.

29

1.2.3.4 Variables que deben ser consideradas para la generación de compost.

Estas características se deben tomar en cuenta para la realización del proceso de compostaje,

considerando los valores óptimos de los materiales a compostar.

1.2.3.4.1 Relación Carbono-Nitrógeno (C/N).

Esta relación identifica la cantidad de carbono por cantidad de nitrógeno que posee la materia a

utilizar. Según la literatura (Sztern D., Pravia M., 2009), los valores óptimos que deben poseer las

materias primas están entre los 20 y 30.

1.2.3.4.2 Estructura y Tamaño de los residuos.

Para que el proceso de compostaje dure lo menos posible, es recomendable trabajar con

materiales que puedan tener una mayor área de contacto con los microorganismos y que pierdan

rápidamente su integridad física por efecto de los microorganismos, en caso contrario, se recomienda

realizar mezclas entre este tipo de materiales y otros que tengan poca resistencia a los cambios físicos.

1.2.3.4.3 Humedad.

Para que el sistema se encuentre en buenas condiciones y el exceso de humedad no genere

dificultad en la difusión del oxigeno, generando en consecuencia condiciones anaeróbicas, las pilas de

compostaje deben tener una humedad entre 40-60%. Por otro lado una humedad muy baja afectaría el

crecimiento de los microorganismos presentes impidiendo que se mantuvengan en fase exponencial. En

caso de que se tengan materias primas muy húmedas se pueden realizar mezclados para reducir esta

característica, teniendo en cuenta la variación del resto de las variables como pH y relación C/N debido a

la mezcla.

1.2.3.4.4 pH

El pH cercano al neutro (5,5-8,0) sería el más favorable para los microorganismos que se

desarrollan en las pilas de compostaje. Valores extremos de pH pueden inhibir el crecimiento. En caso de

que los valores de pH de los compuestos utilizados se encuentren bajo el óptimo, pueden mezclarse con

otros materiales con pH más elevados.

1.2.3.4.5 Aireación

Es sumamente importante que durante el proceso de compostaje exista una buena aireación y

ventilación de los materiales, esto es debido a que se intenta favorecer la actividad de los

microorganismos aeróbicos. Cabe destacar, que aun así es imposible que no ocurran reacciones

anaeróbias. Un correcto manejo de las pilas de compostaje intentará minimizar estas reacciones.

Una de las principales razones por las que se prefiere una descomposición aerobia, es por las

reacciones que se producen, las cuales se describen a continuación:

30

Luego, si no se produjeran o si las reacciones anaeróbicas predominaran, se estarían

produciendo mayoritariamente compuestos terminales de la fermentación como amoniaco y/o ácido

sulfhídrico.

Finalmente, para tener conocimiento de si el proceso se esta comportando correctamente, se

deben monitorear los siguientes parámetros:

Temperatura

Humedad

Ventilación y homogenización de la masa en Compostaje

Con respecto a esto último, la manera de saber cuándo realizar la ventilación de la materia en

compostaje, es a través de la evaluación de la temperatura del núcleo de la pila, una vez que ésta

comience a bajar se debe realizar una mezcla en donde la Corteza de la pila pase al núcleo de ésta; luego

del proceso de aireación la temperatura bajará, momento en el cual se debe realizar un riego de la pila.

En la presencia de más compuestos degradables, la temperatura debería aumentar nuevamente. En la

Figura 17, se puede ver un ejemplo de lo descrito anteriormente. El proceso de compostaje concluirá

cuando no se presenten más etapas termogénicas.

Figura 17. Imagen descriptiva de cuando se deberían realizar las aireaciones, teniendo conocimiento de la

temperatura del núcleo de la pila. (Sztern D., Pravia M., 2009)

31

1.3 Objetivos

Los objetivos de este trabajo fueron:

1.3.1 Objetivos Generales

Utilizar residuos sólidos industriales de una Planta de celulosa para lograr obtener compost que

posea condiciones aceptadas según la Norma Chilena NCh2880.

1.3.2 Objetivos Específicos

Obtener conocimiento sobre producción de compost, utilizando residuos industriales.

Estudiar el fenómeno del proceso de compostaje, con residuos provenientes de la Planta Santa

Fe.

Evaluar el potencial uso de los RISes de la Planta Santa Fe como compost, según la clasificación

de la NCh 2880(2005).

32

Capitulo 2. Metodología

Con el objeto de estudiar la factibilidad de producir composta con los materiales en cuestión, se

realizaron tres experimentos, cuyas principales diferencias son los volúmenes de muestra. Además se

realización mezclas de distintas proporciones de los desechos en el primer experimento (Barrena R.,

2006).

Los RISes utilizados con este objetivo fueron los siguientes:

Mezcla prensa Lodos

Dregs/Grits

Corteza de eucalipto

2.1 Experimento 1

El primer experimento consistió en la implementación de almacenadores que disminuyeran la

transferencia de calor con el exterior. Para esto, se utilizaron botellas plásticas de 3 litros, colocadas en

una caja. El espacio no utilizado por los envases fue rellenado con material aislante. Se utilizaron 6

botellas, para compostar en duplicado 3 mezclas distintas de los desechos de la Planta Santa Fe, lo cual

se encuentra representado en la Tabla 6. Se decidió realizar estas mezclas para evaluar el efecto de la

utilización de los desechos en diferentes proporciones, considerado su pH y la humedad que

presentaban inicialmente.

Con el objetivo de evitar que los líquidos lixiviados de las muestras contaminen el proceso, se les

atravesó a las botellas, en la parte inferior, un tubo PVC para recolectar los líquidos, el cual se cubrió con

una capa de piedras pequeñas de 4 cm de grosor. Estas piedras sirvieron para que los desechos no

penetraran en los tubos y se recolectara por completo los líquidos liberados. El experimento se puede

observar en la Figura 18 y Figura 19. Cabe destacar, que los materiales utilizados fueron considerados

para disminuir los costos económicos del experimento.

Tabla 6. Composición de las mezclas realizadas para el Experimento 1.

Mezcla Lodos[g] Corteza[g] Dregs/Grits[g]

1 1000 1000 -

2 500 500 1000

3 800 800 400

33

Figura 18. Vista lateral del Experimento 1.

Figura 19. Vista superior del Experimento 1.

Cabe destacar, que debido al volumen utilizado en el Experimento 1, se decidió continuar los

análisis solo con el Experimento 2 y realizar comparaciónes con los resultados obtenidos en el

Experimento 3, principalmente por los requerimientos de volúmenes mínimos que son necesarios para

hacer los distintos analisis según la NCh 2880(2005).

34

2.2 Experimento 2

El Experimento 2, consistió en la utilización de 3 contenedores adiabáticos de 32L, los cuales

fueron rellenados con los tres desechos utilizados por separado. De manera de evitar que el percolado

de las muestras se acumulara, se utilizaron tubos PVC para poder recolectarlos, como se ve en la Figura

20.

Figura 20. Fotografía del Experimento 2. De izquierda a derecha: Lodos, Dregs/Grits, Corteza.

2.3 Experimento 3

El Experimento 3, corresponde a parte de la mezcla 1 realizada para el Experimento 1. Al

utilizarse solo 6L, la mezcla sobrante se almacenó en una bolsa plástica durante el transcurso de los

experimentos.

Finalizado los experimentos, se realizaron las caracterizaciones de los materiales compostados,

de manera de establecer si cumplían con las características necesarias para poder ser utilizados como

material fertilizante según lo norma chilena NCh 2880(2005).

35

2.4 Monitoreo de los experimentos

Para establecer, según la norma chilena NCh 2880(2005), la viabilidad de la producción de

compost con los materiales de la Planta, se utilizó la metodología descrita para las distintas mediciones

recopiladas en el manual de laboratorio “Métodos de Análisis de Compost” (Sadzawka A., Carrasco M.,

Grez R., Mora M., 2005).

2.4.1 Temperatura

La medición de temperatura se realizó utilizando una termocupla con una resolución de 1°C.

Estas mediciones fueron realizadas cada 1 a 7 días. Con el objeto de tener un valor aproximado de la

temperatura promedio del contenedor, se tomaron medidas en tres distintos puntos, cerca de las

paredes contrarias más alejadas y en el centro del contenedor.

2.4.2 pH

El pH se midió utilizando un electrodo de pH para medir el pH en pasta. Estas mediciones se

realizaron cada 7 a 14 días. De manera de mantener hidratada la membrana del electrodo, se mantuvo

esta membrana en una solución de KCl 3M.

Para la toma de cada muestra, se extrajo 20ml del ejemplar y se mezclaron con 20mL de agua

destilada. Luego, se agitó y se le dejó reposando por 10 min para realizar la medición. Aunque este

método neutraliza ligeramente el pH de la muestra es necesario hacerlo de manera de que funcione el

medidor de pH

2.4.3 Humedad

Para la determinación de la humedad, se tomaron muestras periódicamente cada 7 a 14 días

aproximadamente. Las muestras inicialmente fueron pesadas, para luego secarlas a 70°C 5°C hasta

masa constante. A continuación se pesaron en una balanza, manteniendo silica gel para evitar que se

humedeciera la muestra. El cálculo de la humedad de la muestra se realizó según la siguiente ecuación:

Donde:

H% = contenido de agua en base a muestra húmeda

A = masa, en g, de la muestra húmeda

B = masa, en g. de la muestra seca a 70 5°C

2.4.4 Densidad aparente

Para evaluar la densidad aparente, se pesó un vaso de precipitados de 500 mL, después se

transfirió muestra directamente de los contendedores compactándola de manera de obtener 400 mL. A

continuación, se pesó el vaso que poseía los 400 mL de muestra.

Las formulas utilizadas para calcular la densidad aparente, fueron las siguientes:

36

Donde:

= masa, en g de 400mL de muestra seca a 70 5°C

a = masa, en g de 400mL de muestra original + vaso

v = masa, en g del vaso de 500mL

ST = Contenido de sólidos totales, en % en base húmeda

Donde:

= masa, en g de 400mL de muestra seca a 70 5°C

DA = densidad aparente

2.4.5 Conductividad eléctrica

Para la obtención de la conductividad eléctrica en una dilución 1:5, primero se pesaron 5g de la

muestra, la cual fue diluida en 25 mL de agua desionizada. La mezcla se agitó por 20 min. para

posteriormente ser centrifugada a 9000 rpm por 20 min. Finalmente, se midió la conductividad del

extracto sin diluir con un electrodo especial, con el fin de obtener la medición en dS/m (decisiemens por

metro).

2.4.6 Materia orgánica y carbono orgánico

Se utilizó la metodología de pérdida por calcinación a 550°C. para poder evaluar el porcentaje de

materia orgánica. Primero, se pesó muestra seca a 70 5°C. A continuación, se colocó en la mufla y se

subió lentamente la temperatura con una pendiente de 10°C. por minuto, hasta los 550°C. Se mantuvo la

muestra a esta temperatura por 2 h. Pasado este tiempo, se disminuyó la temperatura lentamente hasta

alcanzar valores suficientes para poder ser extraídas las muestras y colocadas en un desecador hasta

alcanzar la temperatura ambiente. Finalmente, se pesó y se registró la masa.

Para calcular la concentración de materia orgánica, expresada en porcentaje en base seca a 70

5°C, se utilizó la siguiente fórmula:

Donde:

a = masa, en g, de la muestra seca a 70 5°C., antes de la calcinación

b = masa, en g, de la muestra calcinada a 550°C.

Para calcular la concentración de carbono orgánico, expresada en porcentaje en base seca a 70

5°C. se consideró que la materia orgánica tiene, en promedio, un 56% de carbono. Luego la ecuación

utilizada fue:

37

Donde:

MO = concentración, en % de materia orgánica

2.4.7 Nitrógeno total

Para la evaluación del nitrógeno total, se realizó una Digestión de Kjeldahl (Sadzawka A.,

Carrasco M., Grez R., Mora M., 2005). Estas mediciones fueron efectuadas en el laboratorio de Química

de Alimentos del Departamento de Ciencias Químicas de la Universidad de Chile. Esta consiste en una

digestión de la muestra con acido sulfúrico, acido salicílico y una mezcla catalítica de sulfato de potasio,

sulfato de cobre y dióxido de titanio. El digerido se alcaliniza y el NH3 formado se destila por arrastre de

vapor, luego se atrapa en ácido bórico y se titula con H2SO4.

2.4.8 Relación Carbono/Nitrógeno

Según lo obtenido en 2.4.6 y 2.4.7, se calculó la relación C/N utilizando la siguiente ecuación:

Donde:

C = concentración, en % en base seca a 70 5°C, de carbono orgánico

N = concentración, en % en base seca a 70 5°C, de nitrógeno total

2.4.9 Metales pesados

Para el análisis de metales pesados, primero fue necesario digerir las muestras mediante

tratamiento con ácidos, para luego ser llevadas a analizar. El esquema utilizado para esta digestión se

presenta en la Figura 21.

Figura 21. Equipo de digestión con reflujo.

38

La muestra se secó a 40°C., se molió y se pesaron 2 g, de esta. Se mezcló en un balón con 10 mL

de HNO3 1:1, se digirió a reflujo a 95°C., durante 15 min. sin hervir. Luego de enfriar la muestra, se le

agregó 5 mL de HNO3 65% y se digirió a reflujo a 95°C., durante 30 min. sin hervir. Posterior al

enfriamiento de la muestra, se le agregó 3 mL de HCl 32% y se calentó a 95°C por 1 hora. A continuación,

se enfrió hasta 80°C. y se agregó lentamente entre 3-10mL de H2O2 hasta que la efervescencia fuera

mínima o hasta que la apariencia general de la muestra no cambiase. Posteriormente, se agregó 10 mL

de agua destilada y se calentó a reflujo a 95°C. por 15min. Después, se enfrió y lavó las paredes del tubo

con agua. Por último, se filtró y se enrasó con agua a 100 mL.

El análisis de los metales pesados fue realizado por Agrolab, en donde se utilizó un equipo de

absorción atómica capaz de evaluar la concentración en ppm de los siguientes metales pesados:

Arsénico

Cadmio

Cinc

Cobre

Cromo

Mercurio

Níquel

Plomo

Selenio

2.4.10 Conteo de bacterias viables

El conteo de bacterias fue realizado utilizando un microscopio Nikon Labophot de contraste de

fase y una cámara de Petroff-Hauser.

Primero se extrajo 0,1g de muestra y se diluyó en 1mL de agua destilada. Luego de ser agitada,

se colocó una alícuota de 8µl en la cámara de Petroff-Hauser y se realizó el conteo por quintuplicado de

las bacterias que se encontraban en las casillas más pequeñas de la grilla de la cámara. La concentración

de bacterias por mL se calculó utilizando la siguiente ecuación (Departamento de Quimica Biologica,

Universidad de Buenos Aires, 2010).

Donde:

X = promedio del conteo realizado en cada casilla

Finalmente, de manera de obtener un resultado visual, se fotografió lo observado en el

microscopio de contraste de fase.

39

Capitulo 3. Resultados y Discusiones Parciales

En la Tabla 7 se muestran los resultados de los análisis iniciales de las materias primas utilizadas,

realizados por Agrolab empresa acreditada por el SAG y la Sociedad Chilena de la Ciencia del Suelo,

empresa que posee como rubro la evaluación de tierras. Los resultados se presentan a continuación:

Tabla 7. Resultados de los análisis químicos iniciales de las materias primas en comparación con los valores aceptados según la NCh2880.

Análisis químico Lodos Dregs/Grits Corteza

Eucalipto

Nivel Aceptación

Clase A Clase B

pH 5,7 11,7 5,7 5,0-8,5

C. Eléctrica[dS/m] 2,8 17,4 0,66 <3 <8

Materia orgánica[%] 69,5 4,5 44,5 >20

Carbono orgánico[%] 38,6 2,5 24,7

Nitrógeno total[%] 3,82 0,05 0,34 >0,5

Relación C/N 10,1 50 77 <25 <30

Arsénico [ppm] <0,01 <0,01 <0,01 <15 <20

Cadmio[ppm] <0,01 <0,01 <0,01 <2 <8

Cobre[ppm] 28 40,6 23 <100 <1000

Cromo[ppm] 15,5 52 62,0 <120 <600

Mercurio[ppm] 0,05 0,3 0,19 <1 <4

Níquel[ppm] 28,6 83,6 14,2 <20 <80

Plomo[ppm] 11,2 3,5 5,06 <100 <300

Zinc[ppm] 5998 23,1 34 <200 <2000

Densidad Aparente[Kg/m3] 430 753 580 <700

Humedad[%] 78 36 5 30-45

Materia seca[%] 22 64 95 55-70

El análisis inicial de los materiales a utilizar en el compostaje da cuenta de valores fuera de los

niveles de aceptación. A priori se espera que las características de las materias primas utilizadas cambien

luego del proceso de compostaje, por esta razón se realizó la implementación de experimentos para

compostar los desechos utilizados y así poder evaluar los cambios en las características estudiadas.

3.1 Experimento 1

A continuación se describen los resultados obtenidos del primer experimento realizado.

En este caso se evaluaron la temperatura, el pH y la humedad de las mezclas en función del

tiempo. El experimento se inició el 18 de Agosto del presente año, finalizando el 18 de Octubre de 2010

40

por lo que duró 62 días. Las mezclas realizadas se encuentran descritas en la Tabla 6. Los resultados

obtenidos se presentan en la Figura 22, Figura 23, Figura 24 y Figura 25:

3.1.1 Variación de la temperatura

Figura 22. Temperatura de las muestras del Experimento 1. Se comparan los valores obtenidos con una curva

teórica de resultados esperados.

Figura 23. Temperatura de las muestras del Experimento 1.

De la Figura 22, se observa que las temperaturas alcanzadas por las mezclas se encuentran muy

alejadas de los resultados esperados, es importante mencionar, que la curva teórica descrita considera la

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70

T°[°

C]

t[días]

Mezcla 1

Mezcla 2

Mezcla 3

Teórico

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 10 20 30 40 50 60 70

T°[°

C]

t[días]

Mezcla 1

Mezcla 2

Mezcla 3

41

presencia de las etapas mesófila, termófila y de enfriamiento que se esperaría localizar en una pila de

compostaje. Cabe destacar, que una subida de temperatura por sobre los 55°C que se mantenga durante

tres días o más produce un efecto de reducción de microorganismos patógenos, lo que no sucedió en el

caso de este experimento (NCh 2880, 2005).

Al analizar los resultados, se establece que durante los primeros 10 días no existió aumento de

temperatura, lo que puede haber sucedido por ausencia de reacciones y posiblemente por estar los

microorganismos en la etapa de latencia. Luego, el posible aumento de la cantidad de microorganismos

mesófilos y en consecuencia una mayor degradación de los compuestos, aumentaron la temperatura, sin

embargo, alcanzaron solo valores máximos de 25,5°C en el caso de los Lodos.

3.1.2 Variación del pH

Figura 24. pH de las muestras del Experimento 1.

De la Figura 24 se puede observar, una disminución del pH en todas las muestras, siendo mayor

el descenso en la mezcla 1. Cabe recordar, que tanto la mezcla 2 como la 3 tienen una parte de

Dregs/Grits que poseen un alto nivel de pH, según los análisis iniciales descritos en la Tabla 7.

Los valores de pH obtenidos en el ultimo muestreo son aceptables para el caso de la mezcla 1,

pero las mezclas 2 y 3 tienen pHs por sobre lo aceptado. De los resultados evaluados se está en

conocimiento que en una primera instancia comienza la degradación de la celulosa por los

microorganismos celulolíticos; luego, parte de los monosacáridos serían transformados en ácidos

orgánicos que bajan el pH. A continuación, la presencia de las bacterias productoras de amoniaco y de

las bacterias fijadoras de nitrógeno producen un crecimiento en la concentración del ion amonio,

afectando directamente en el aumento del pH.

Cabe destacar, que al comparar la Figura 23 y Figura 24, se observa que el nivel más alto de

temperatura se produjo cuando se alcanzan los niveles más bajos de pH.

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

0 20 40 60 80

pH

t[días]

Mezcla 1

Mezcla 2

Mezcla 3

42

3.1.3 Variación de la humedad

Figura 25. Humedad de las muestras del Experimento 1.

Finalmente en el Figura 25, destaca la disminución de la humedad pasado el día 20 en la mezcla

3. Es importante observar, que en esta misma fecha es cuando se encuentra el peak de temperatura

para todas las mezclas. De manera de mantener la humedad de las muestras entre los rangos 40% y 60%

se les agregó 100mL de agua destilada a todas las muestras en el día 40. Aun así, los resultados

obtenidos de humedad se encuentran fuera de los rangos establecidos por la norma.

3.2 Experimento 2 y Experimento 3

A continuación se describen los resultados obtenidos en el Experimento 2 y Experimento 3

realizados.

Los gráficos presentados corresponden a las evaluaciones periódicas que se realiza a las

muestras, de temperatura, pH y humedad de los Lodos, Dregs/Grits, Corteza y Lodos/Corteza. El

Experimento 2 se inició el 14 de Septiembre y finalizó el 24 de Noviembre es decir una duración de

aproximadamente 3 meses. El Experimento 3, comenzó el 18 de Agosto, pero se muestreó solo a partir

del 9 de Noviembre. Es necesario recordar, que el Experimento 3 consistió en la mezcla de Lodos y

Corteza que no fue utilizada en el Experimento 1.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

0 10 20 30 40 50 60

Hu

me

dad

[%

]

t[días]

Mezcla 1

Mezcla 2

Mezcla 3

43

3.2.1 Variación de la temperatura

Figura 26. Temperatura de las muestras del Experimento 2. Se comparan los valores obtenidos con una curva

teórica de los resultados esperados.

Figura 27. Temperatura de las muestras del Experimento 2. (1) día 42, las muestras se llevan al exterior (2) día 50,

el contenedor de corteza se lleva al interior

Durante los primeros 40 días, los tres contenedores se mantuvieron bajo techo dentro de las

instalaciones del laboratorio donde los cambios de temperatura durante el día y la noche no afectaran

significativamente la temperatura de los contenedores, debido a las bajas temperaturas y al viento que

se produce en Santiago durante las fechas de la realización del experimento. La temperatura de la pieza

en donde se mantuvieron las muestras oscilaba entre 18-20°C. Luego del día 40, los contenedores se

llevaron al patio para tener contacto directo con luz solar. El efecto de lo anterior fue contrario a lo

esperado, ya que las temperaturas ambientales bajaron drásticamente y además, precipitó entre los días

40 y 55. Finalmente, se llevo al interior, en la misma pieza que al inicio del experimento el contendor de

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

0 10 20 30 40 50 60

T°[°

C]

t[días]

Lodos

Dregs/Grits

Corteza

Teorico

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

0 10 20 30 40 50 60

T°[°

C]

t[días]

Lodos

Dregs/Grits

Corteza

1 2

44

Corteza, presentándose una subida de temperatura en comparación a los días anteriores, de alrededor

de 7°C.

Se observa una clara diferencia entre las temperaturas que presentaron las materias primas en

función del tiempo, siendo los Lodos los que alcanzaron las temperaturas más altas, llegando hasta los

33°C a los 7 días. Estas temperaturas disminuyeron en los días subsiguientes. El crecimiento inicial de la

temperatura da cuenta de la posible degradación de los compuestos orgánicos presentados en los Lodos,

aun así luego del séptimo día se asume que empezó a decaer, lo que produjo la disminución de esta. Lo

anterior, se pudo explicar debido a dos factores: la disminución de nutrientes y/o insuficiente oxígeno

para poder efectuar la degradación aeróbica. Por otro lado, las temperaturas de la Corteza se

mantuvieron constantes alrededor de 22°C hasta el día 40. Los Dregs /Grits tuvieron un lento

crecimiento hasta el día 40 (hasta que fueron llevados al aire libre), este aumento de temperatura pudo

deberse a la degradación de la poca materia orgánica que contenían estos desechos, de acuerdo a los

análisis iniciales.

Cabe destacar, que se realizó una aeración de los materiales, además de humedecer la Corteza

con 500ml el día 22 días de iniciado el experimento. Asimismo, entre los días 40-50 se realizaron

aireaciones periódicas cada 2-3 días. Estas aireaciones como se visualizan en la Figura 27 no produjeron

mayor efecto en la temperatura que presentaron los materiales sometidos al experimento de generación

de compost.

3.2.2 Variación del pH

Figura 28. pH de las muestras del Experimento 2.

En el Figura 28, destaca el aumento del pH en los Lodos en comparación con los otros dos

desechos, la Corteza presenta una ligera disminución del pH y luego un aumento hasta un pH cercano a

los 8, La disminución inicial que ocurrió en el caso del Experimento 1 puede haberse desarrollado

durante los 10 primeros días, lo cual no fue reportado debido a que no se tomaron mediciones durante

estos días. A continuación, el aumento del pH se pudo deber al aumento de las bacterias amonificantes y

fijadoras de nitrógeno que ocurren en las primeras etapas de la degradación aeróbica de los desechos.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70 80

pH

t[días]

Lodos

Corteza

Dregs/Grits

45

Como se puede observar también en la Figura 28, luego del día 35 el pH se mantuvo casi constante, esto

puede dar cuenta de una disminución en las reacciones generadas por los microorganismos mesófilos, ya

que al parecer no existiría producción y/o degradación de compuestos que modificaran

significativamente el pH.

En cambio los Dregs/Grits disminuyen su pH desde pH cercano a los 11 hasta los 10. Existiendo

una variación inicial, pero luego se mantuvieron casi constantes desde el día 20 para adelante. Algo

similar sucede con la Corteza, no obstante, las reacciones catalizadas por microorganismos se sucedieron

hasta el día 40 desde 5,7 hasta 7,3 aproximadamente, esto indica que aunque visualmente no se

observaron mayores cambios en la Corteza, esta fue degradada por microorganismos siendo las

bacterias y hongos celulolíticos y pectinolíticos los más probables de encontrarse, debido a su capacidad

para degradar este tipo de residuos.

Con respecto a los resultados finales, los pHs de la Corteza y los Lodos se ubicaron dentro de los

rangos aceptados, no así los Dregs/Grits los cuales se escaparon de los valores admitidos.

En el caso del Experimento 3, el pH en 98 días tuvo una disminución de 7,8 a 7,08. Siendo tanto

el valor inicial como final aceptado según la NCh 2880(2005). Este pH es más bajo que el que presentan

los Lodos y Corteza por separado a los 70 días. Una mezcla de ambos según lo visto en la Figura 22 del

Experimento 1, presentaría una rápida disminución inicial del pH y luego un aumento identificando la

presencia de microorganismos celulolíticos y amonificantes.

3.2.3 Variación de la humedad

Figura 29. Humedad de las muestras del Experimento 2.

Tabla 8. Humedad de los Lodos/Corteza del Experimento 3.

Tiempo[días] Humedad

0 30%

83 57%

98 24%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Hu

me

dad

[%]

t[días]

Lodos

Corteza

Dregs/Grits

46

En la Figura 29, se observa que la humedad de los distintos compuestos se mantiene casi

constante en función del tiempo hasta el día 20, existiendo una disminución mínima del porcentaje de

agua que contienen. Por su parte, son los Lodos los que presentan una humedad más elevada en

comparación con los Dregs/Grits. Para aumentar la humedad de la Corteza durante el día 20 se le agregó

500mL de agua destilada, lo que explica el aumento de la humedad. Además, entre los días 40 y 55

existieron precipitaciones, que a pesar de que los contenedores se encontraban cubiertos, los

Dregs/Grits se mojaron, aumentando de esta manera la humedad que presentaban. Por otro lado, los

Lodos produjeron mayor lixiviado durante esos días, aunque no se observó que se hayan mojado, lo cual

no se reflejó al medir su humedad.

Es necesario mencionar, que con los niveles de humedad que presentan los Lodos, la difusión del

oxígeno es bastante baja, por esta razón se dificultó la degradación aeróbica de los compuestos

orgánicos que estos contenían. Incluso como se vislumbra en la Figura 29, alrededor del día 55 es cuando

comienzan a secarse los Lodos. Si comparamos esto con lo obtenido en el Experimento 3, se observa que

la humedad que presenta la mezcla Lodos/Corteza es de 24%, humedad bastante menor a la que poseen

los Lodos, lo que facilitaría la degradación aeróbica. Esto se debe a que la Corteza funciona como un

absorbente del agua que contienen los Lodos, disminuyendo la humedad de los Lodos y facilitando la

degradación de la Corteza.

3.2.4 Variación de la densidad aparente

Tabla 9. Densidad aparente de los materiales compostados.

Densidad Aparente [kg/m3]

Tiempo[días] 0 71 98

Lodos (Exp. 2) 430 873 -

Dregs/Grits (Exp. 2) 753 1049 -

Corteza (Exp. 2) 580 146 -

Lodos/Corteza (Exp. 3) 505 - 269

La densidad aparente se evaluó pesando un volumen conocido de cada una de las

materias primas utilizadas en el proceso de compostaje. Este proceso no es exacto, ya que depende de la

compactación que se les aplique.

El aumento de densidad en los Lodos se debe principalmente a la disminución de agua que estos

presentaron durante el proceso de compostaje. En el caso de la Corteza, para facilitar su degradación se

disminuyó su tamaño y se regó pasado el día 20, lo que disminuyó su densidad.

Al comparar lo obtenido en el Experimento 2 con el Experimento 3, se observa que la densidad

de los Lodos/Corteza se encuentra entre la que presentan los Lodos y Corteza por separados, además el

tamaño de partícula en el caso de los Lodos/Corteza es mucho menor, ya que los Lodos al ser

47

compostados por separado, mientras se van secando comienzan a compactarse, formando grandes

grumos. compactación producida también por la aireación mecánica que se realizó, lo que no ocurre al

efectuar la mezcla Lodos/Corteza.

3.2.5 Variación de la conductividad eléctrica

Otra evaluación que es necesaria hacer para estudiar el compost obtenido, es la conductividad

eléctrica, la cual es un indicador de la presencia de sales y de los iones en las muestras. La conductividad

eléctrica de la dilución 1:5 se describe en la Tabla 10.

Tabla 10. Conductividad eléctrica de los extractos 1:5

Conductividad [dS/m]

Tiempo[días] 0 25 62 82

Lodos (Exp. 2) 1,2 3,59 1,53 -

Dregs/Grits (Exp. 2) 8,1 12,9 9,83 -

Corteza (Exp. 2) 0,66 - 0,33 -

Lodos/Corteza (Exp. 3) 0,93 - - 2

Con respecto a los valores obtenidos, los Dregs/Grits poseen una conductividad eléctrica mayor a

la permitida según la NCh 2880(2005). Por otro lado, los Lodos después del día 25 aumentan su

conductividad con respecto al valor inicial a 3,59[dS/m], disminuyendo luego a 1,53. Cabe recordar, que

para ser clasificado como Clase A, el compost debe poseer una conductividad menor a 3[dS/m] y para ser

clasificado como clase B, este valor no debe superar los 8[dS/m].

Según la literatura (Gordillo F., Chávez E., 2010), se espera que la conductividad eléctrica

aumente debido a la mineralización de la materia orgánica, lo que sucede durante los primeros 25 días

(Tabla 10). Una disminución de la conductividad se produciría en el caso de exceso de humectación de

los materiales compostados, debido a fenómenos de lixiviación. Como se mencionó anteriormente,

ocurrieron lluvias entre los días 40-55, en donde probablemente la humectación por el agua de lluvia

disminuyó la concentración de iones en los Lodos y en los Dregs/Grits. La Corteza sí fue humectada luego

del día 20, lo que puede haber disminuido la concentración de iones. Por último, los resultados del

Experimento 3 dan cuenta de un aumento en la conductividad eléctrica. En particular, a esta mezcla, no

se le realizó ningún riego durante el proceso de compostaje, el aumento de humedad se puede haber

debido principalmente a la mineralización de los compuestos orgánicos.

48

3.2.6 Variación de la materia orgánica y carbono orgánico

Tabla 11. Materia orgánica en base a muestra seca a 70°C.

Materia orgánica [%]

Tiempo[días] 0 60 73 85

Lodos (Exp. 2) 70% 70% - 59%

Dregs/Grits (Exp. 2) 7% 12% - 7%

Corteza (Exp. 2) 87% 85% - 82%

Lodos/Corteza (Exp. 3) 79% - 65% -

Tabla 12. Carbono orgánico en base a muestra seca a 70°C.

Carbono orgánico[%]

Tiempo[días] 0 60 73 85

Lodos (Exp. 2) 39% 39% - 33%

Dregs/Grits (Exp. 2) 4% 7% - 4%

Corteza (Exp. 2) 49% 47% - 45%

Lodos/Corteza (Exp. 3) 44% - 36% -

Contrario a los resultados esperados, la cantidad de materia orgánica y carbono orgánico que

presentaron los Dregs/Grits al día 60 aumentó, pero en el día 85 se observó un porcentaje de materia

orgánica igual al día 0, de esto se estima que existieron equivocaciones en la medición realizada para el

caso de este residuo en el día 60 y que la materia orgánica presente en los Dregs/Grits no pudo ser

degradada hasta el día 85.

En el caso del resto de los residuos se esperaba una disminución, debido a la degradación y

mineralización de los componentes orgánicos de cada desecho. Lo anterior ocurrió después del día 60,

en el caso de los Lodos, bajando aproximadamente en un 10% y gradualmente en el caso de la Corteza y

la mezcla Lodos/Corteza. Luego, estos residuos sí se degradaron, pero con una lentitud mayor a lo

descrito en la literatura (Moreno J., 2008).

49

3.2.7 Variación del nitrógeno total

Tabla 13. Nitrógeno total en base a muestra seca a 70°C.

Nitrógeno Total [%]

Tiempo[días] 0 60 73

Lodos (Exp. 2) 3,82% 6,75% -

Dregs/Grits (Exp. 2) 0,05% 0,07% -

Corteza (Exp. 2) 0,34% 0,32% -

Lodos/Corteza (Exp. 3) 2,08% - 0,39%

El Nitrógeno total (N-amoniacal, N-nitrato, N-nitrito, N orgánico) que debe poseer el compost

debe ser mayor a 0,5% por lo que los Dregs/Grits y la Corteza no podrían ser usados como materias

primas según los resultados obtenidos. Por otro lado, los Lodos contienen más nitrógeno en

comparación con el resto de los compuestos utilizados, cumpliendo con la NCh 2880(2005). El aumento

de N-total que presentaron tanto los Lodos como los Dregs/Grits puede deberse a la presencia de

bacterias fijadoras de nitrógeno, las cuales captan el nitrógeno del aire (N2) produciendo amoniaco

(NH3). Contrario a lo anterior en el caso de los Lodos/Corteza se ve una disminución en el porcentaje de

nitrógeno que contiene la muestra, esto solo podría atribuirse a que se realizó un análisis de una mezcla

no homogénea 1:1 de los Lodos con la Corteza ya que los valores obtenidos no concuerdan con lo

observado en los otros desechos.

3.2.8 Variación de la relación C/N

Tabla 14. Relación C/N de las muestras.

Relación C/N

Tiempo[días] 0 60 73

Lodos (Exp. 2) 10,1 5,7 -

Dregs/Grits (Exp. 2) 50 94,5 -

Corteza (Exp. 2) 144,1 148,2 -

Lodos/Corteza (exp. 3) 21,1 - 92,5

Los valores de C/N obtenidos en las últimas mediciones realizadas, dan cuenta de falta de

nitrógeno en los Dregs/Grits, Corteza y Lodos/Corteza, considerando que el compost Tipo A debe tener

una relación menor a 25 y el Tipo B menor a 30. Por otro lado, en el caso de los Lodos, estos sí contienen

una relación C/N aceptable. Con los resultados que se han estado mostrando ya se puede tener una idea

de que una mezcla de Lodos/Corteza puede ser el mejor postulante para ser utilizado como compost,

pero la relación Lodos/Corteza no debe ser 1:1 como la utilizada (mezcla 1), ya que como se observa en

la Tabla 14, debido al poco nitrógeno que contiene la Corteza, la relación C/N es muy alta. Con una

relación 2:1 de Lodos/Corteza o mayor en la mezcla se podría obtener una razón aceptable. Otra forma

de solucionar este déficit de Nitrógeno es la utilización de Urea, lo que mejoraría las condiciones para el

crecimiento de microorganismos.

50

3.2.9 Variación de la concentración de los metales pesados

Tabla 15. Concentración de metales pesados para el día 60 (Exp. 2) y 73 (Exp. 3).

Metales pesados [ppm] Nivel Aceptación

Lodos

(Exp. 2)

Dregs/Grits

(Exp. 2)

Corteza

(Exp. 2) L/C

(Exp. 3) Tipo A Tipo B

Arsénico - - - - <15 <20

Cadmio - - - - <2 <8

Cromo - - - - <100 <1000

Cobre - - - - <120 <600

Mercurio - - - - <1 <4

Níquel 31,5 188,5 17 28 <20 <80

Plomo 25 - 37,5 25 <100 <300

Zinc 2550 - 550 1100 <200 <2000

(-) No se detectaron la presencia de estos metales pesados en los análisis realizados

Del análisis de metales pesados realizados a los residuos, cuyos resultados se pueden ver en la

Tabla 17, se observa que el Níquel se encuentra presente en todos los residuos, estando por sobre los

valores establecidos en el caso de los Dregs/Grits, es necesario destacar que el Níquel provendría

principalmente de los Grits de la mezcla. A su vez, la concentraciones presentes en los Lodos y

Lodos/Corteza los clasifican potencialmente como Compost Tipo B, debido a que contienen valores

superiores a los aceptados para ser clasificados como Tipo A. Asimismo, la presencia de Zinc tanto en la

Corteza como en los Lodos/Corteza se encuentra dentro de los valores aceptados para compost Tipo B,

no ocurriendo lo mismo con los Lodos, los cuales contienen más de 2000ppm de Zinc proveniente de los

aditivos que se le agrega a los lodos para neutralizar los olores del tratamiento de efluentes los cuales

podrían ser cambiados por cloruro de fierro.

El zinc, normalmente se encuentra presente en bajas concentraciones en casi todas las carnes. Es

un compuesto no peligroso, que incluso es un nutriente para los humanos y animales. Además, la

deficiencia de zinc produce déficit inmunológicos y está asociado a problemas relacionados con la

hormona insulina (Galiano A., 2005; Lenntech, 2009). Si es ingerido en proporciones entre 100 a 300

mg/día o más, puede producir en los humanos fiebre, dolores y decaimiento, a su vez puede dañar el

páncreas y causar arteriosclerosis en casos extremos (Fosmire, G., 1990). Por otro lado, altas

concentraciones de Zinc en las plantas, puede llegar a producir necrosis, clorosis, insuficiencia de

clorofila e influenciar negativamente en la actividad de microorganismos y lombrices presentes en los

suelos.

51

Con respecto al Níquel, este normalmente se encuentra en pequeñas cantidades en los

alimentos (Lenntech, 2009). En pequeñas cantidades el níquel es esencial, pero en concentraciones por

sobre los 1,63 g/Lt puede producir efectos nocivos en los seres humanos (Sunderman F., Dingle, B,

Hopfer S, Swift T, 1988), en el caso de las plantas concentraciones entre 0,5 g/lt y 10 g/lt o superior

puede ser toxicas para ellas (Ayres, Wescot, 1988).

Problemas que pueden causar la inhalación y/o ingesta de compuestos de níquel son:

Elevadas probabilidades de desarrollar cáncer de pulmón, nariz, laringe y próstata

Enfermedades y mareos después de la exposición al gas de níquel

Embolia pulmonar

Fallos respiratorios

Defectos de nacimiento

Asma y bronquitis crónica

Desordenes del corazón

A continuación, en la Tabla 16 se realiza una comparación entre las máximas concentraciones de

metales pesados en el compost Tipo A aceptados por distintos países. Al comparar estas concentraciones

máximas con las establecidas en Chile, se observa que nuestro país es el más exigente al respecto. Es

importante tener presente, para exportar al extranjero cualquier tipo de producto, las regulaciones de

estos países y cómo evalúan un compost proveniente de plantas de celulosa chilenas.

Tabla 16. Concentraciones máximas aceptadas del compost Tipo A por distintos países en comparación con Chile. (Dirección general de tecnología Agraria, 2000)

Metal Francia Alemania Italia España EPA Chile

As[ppm] - - - - 75 15

Cd[ppm] 1,5 1,0 1,5 10 85 2

Cu[ppm] 600 70 150 450 4300 100

Hg[ppm] 1,0 0,7 1,5 7 57 1

Ni[ppm] 100 35 50 120 420 20

Pb[ppm] 100 100 140 300 - 100

Zn[ppm] 1500 300 500 1100 7500 200

3.2.10 Conteo de bacterias

Para poder visualizar la presencia de bacterias, se realizó recuento directo utilizando una cámara

de Petroff-Hauser y un Microscopio de Contraste de Fase (Nikon Labophot). Las muestras observadas

52

fueron extraídas del núcleo de cada recipiente experimental. Los resultados visuales se pueden observar

en los anexos correspondientes.

Tabla 17. Recuento de bacterias de los distintos desechos al día 13.

Recuento de bacterias [N° bacterias/ml]

Tiempo[días] 13 46 73

Lodos (Exp. 2) 7,60*107 4,05*108 -

Dregs/Grits (Exp. 2) 2,40*107 4,50*107 -

Corteza (Exp. 2) 7,20*107 7,50*107 -

Lodos/ Corteza (Exp. 3) 7,40*107 - 1,95*108

Durante los días evaluados (13 y 46) se observó un aumento de la cantidad de bacterias, esto da

cuenta de dos factores; primero el ambiente es viable para la presencia de microorganismos y segundo,

al día 46 el compost no se encontraba maduro, ya que una disminución de los microorganismos podría

ser un indicativo de la falta de nutrientes y en consecuencia un mayor grado de madurez. Con respecto a

las concentraciones de bacterias, se observa un mayor número de bacterias en los Lodos y en los

Lodos/Corteza en comparación con la Corteza y los Dregs/Grits. Como las materias primas utilizadas no

alcanzaron altas temperaturas, los microorganismos detectados serían mesófilos y según la literatura,

debería ser en distintas proporciones: bacterias amonificantes, proteolíticas, pectinolíticas, celulolíticas,

fijadoras de nitrógeno, hongos celulolíticos, pectinolíticos y aminolíticos (Epstein E., 1997). En el caso del

Experimento 3, se observó que a los 73 días los Lodos/Corteza contienen 1,95*108 [N°bacterias/ml], lo

cual es una cantidad importante de microorganismos, dando cuenta de falta de maduración en el

compost. Cabe destacar que al día 13 no se realizó el conteo de los Lodos/Corteza pero se estimó que

contenían una cantidad promedio con respecto a los residuos por separado.

Durante la primera semana se pudo observar en las capas superiores de los Lodos, la presencia

de vellosidades blancas, las cuales fueron visualizadas a través de una lupa para confirmar que se trataria

de hongos, en la Figura 30 y Figura 31, se puede observar micelio y esporas. Para poder confirmar con

mayor veracidad la hipótesis se observó, a través de una lupa con el mismo aumento, los Lodos que se

encontraban en el núcleo de los contenedores (Figura 32). Se destaca la clara diferencia entre las

figuras, siendo inexistente la presencia de micelio y esporas en la Figura 32. Según la literatura, los

hongos presentes pueden haber sido celulolíticos, pectinolíticos y/o aminolíticos (Epstein E., 1997). Esto

implica que los lodos pueden ser colonizados por microorganismos que son capaces de degradarlos y en

consecuencia hidrolizar las macromoléculas de las cuales están compuestos.

53

Figura 30. Microfotografía de la estructura del micelio de los hongos presentes en los Lodos con un aumento de

40x al día 13.

Figura 31. Microfotografía de las esporas de los hongos presentes en los Lodos con un aumento de 40x al día 13.

54

Figura 32. Microfotografía de los Lodos, extraídos del núcleo de los recipientes con un aumento de 40x al día 13.

55

Capitulo 4. Discusión general

La caracterización de los RISes al comienzo que se presentaron en la Tabla 7, dan cuenta de que

estos materiales se encontrarían fuera de los rangos aceptados por la NCh 2880(2005) en el proceso de

compostaje. Es importante este análisis inicial, ya que con él se pueden tomar decisiones a priori para

realizar algún pre-tratamiento a los desechos, antes de ser compostados.

Algunos valores nombrados anteriormente deben disminuirse o aumentarse mediante un pre-

tratamiento y/o el proceso de compostaje de manera que cumplan con la norma chilena. Con respecto a

los Dregs/Grits, estos son los que poseen un mayor número de características con valores que no son

aceptables, particularmente la cantidad de materia orgánica, nitrógeno total y la relación C/N, los que

dan cuenta de la baja capacidad que tendrían para poder ser utilizados como fertilizantes, ya que no

podrían entregarles nutrientes suficientes a los terrenos para ser fertilizados. Además, su alto nivel de

pH, conductividad eléctrica y las concentraciones de Níquel podrían actuar en desmedro de las

características innatas del terreno fertilizado.

Inicialmente se observan deficiencias en el caso de la Corteza, específicamente en el porcentaje

de Nitrógeno total, lo que conlleva a una alta relación C/N contrario a lo que es aceptado. A su vez, su

baja humedad y el tamaño de los trozos de la Corteza, dan cuenta de lo difícil que sería degradarla.

Finalmente, los Lodos se caracterizan por tener buena relación C/N, pH y conductividad eléctrica,

pero poseen altos niveles de Zinc y de humedad. Los niveles de Zinc son muy altos, por lo que sería

necesario realizar algún tipo de pre-tratamiento a los Lodos o actuar sobre el proceso para evaluar

alguna manera de reducir su concentración en ellos. Asimismo, los niveles de humedad que presentan

dificultarían la difusión de oxígeno, disminuyendo de esta manera la degradación aeróbica. Esto también

se podría solucionar utilizando un sistema de oxigenación forzada, el cual consiste en tuberías que se

instalan en la parte inferior de la pila para bombear oxigeno a la misma.

Con estos valores a priori se puede asumir que una mezcla de Lodos con la Corteza o algún otro

compuesto orgánico con menor nivel de humedad, podría generar un compost con una humedad

aceptable, teniendo en cuenta la baja concentración de Nitrógeno que presenta la Corteza.

Fue necesario realizar un segundo experimento, debido principalmente al volumen utilizado en

el primero, ya que los análisis necesarios requerían de volúmenes mayores a los compostados. También

se decidió mantener los desechos por separado, siguiendo la línea del estudio recomendado por los

encargados de Planta Santa Fe. Finalmente, en un tercer experimento, se realizó una mezcla

Lodos/Corteza 1:1 con el objeto de comparar su caracterización final con los resultados obtenidos en el

segundo experimento.

Considerando la Figura 27, no se detectaron temperaturas por sobre los 35°C, lo que impidió el

crecimiento de microorganismos termófilos. Aun así se esperaba que esto no sucediera con la Corteza y

los Dregs/Grits, el primero debido a su clara dificultad para ser degradado (por la baja humedad que

presentan y el tamaño de las trozos de Corteza) y el segundo, por el bajo porcentaje de materia

orgánica. A pesar de lo anterior, los Lodos podrían haber subido a temperaturas más altas, considerando

56

que durante las primeras semanas aumentaron su temperatura considerablemente. La razón de esto

puede deberse a una serie de factores: un aumento de la transferencia de calor del núcleo del

contenedor con el medio ambiente, debido a una disminución final del volumen de los Lodos en más de

11L. Esto último se puede haber producido principalmente por la compactación existente de los mismos

y la evaporación del agua que poseían los Lodos que se encontraban en las capas superiores. Otro factor,

es el alto grado de humedad durante todo el proceso de compostaje, lo que dificultaría la

descomposición aeróbica por un desplazamiento del oxígeno, reacciones que a su vez actúan

directamente en la temperatura de la pila.

En la Figura 27 destaca la rápida degradación, identificada por el alza de temperatura, que tienen

los Lodos en el Experimento 2. Llegando a una temperatura de 34°C en solo una semana de iniciado el

experimento. En comparación directa con la Corteza, la cual aunque es un material que contiene un alto

porcentaje de materia orgánica, no aumentó la temperatura a más de 23,7°C. Este punto es bastante

importante, la decisión de compostar Corteza por separado aumentaría considerablemente el tiempo de

degradación, debido a la baja humedad que presenta. Por lo anterior, se cree necesario, que la Corteza

requeriría un proceso de molienda y/o mezcla con algún compuesto de alta humedad, para que pueda

ser degradada en un menor tiempo.

Los resultados obtenidos en los experimentos de compostaje realizado, indican la posibilidad de

presencia de distintos tipos de microorganismos que actuaron a diferentes niveles. Debido a las bajas

temperaturas se asumió la presencia de microorganismos mesófilos, de los cuales pueden haber estado

presentes bacterias amonificantes, proteolíticas, celulólíticas y fijadoras de nitrógeno, además de hongos

celulolíticos y pectinolíticos. A su vez, debido a las claras condiciones anaeróbicas que se produjeron en

los Lodos, evidenciado por los malos olores que se presentaron desde el día 10 en adelante en el núcleo

de los contenedores, se estimó la presencia de microorganismos anaeróbicos como metanogénicos,

sulfidogénicos y fermentativos. Efecto que no pudo disminuirse incluso con las ventilaciones realizadas

Con respecto a los resultados finales, en la Tabla 18 se describe un resumen con todas las

características evaluadas, destacando en rojo aquellas que se encuentran fuera de los rangos aceptados

por la NCh 2880(2005). La necesidad de evaluar cada una de estas características se debe al

cumplimiento de la norma chilena en caso que se decida vender compost producido a partir de uno de

estos desechos.

57

Tabla 18. Resumen de valores finales, del Experimento 2 y 3, de los residuos utilizados para generar compost.

Análisis químico Lodos Dregs/Grits Corteza

Eucalipto Lodos/Corteza

Nivel Aceptación

Clase A Clase B

pH 8,20 10,24 7,3 7,8 5,0-8,5

C. Eléctrica[dS/m] 1,53 9,83 0,33 2 <3 <8

Materia orgánica[%] 59 7 82 65 >20

Carbono Orgánico 33 4 45 36

Nitrógeno total[%] 6,75 0,07 0,32 0,39 >0,5

Relación C/N 5,7 94,5 148,2 92,5 <25 <30

Arsénico [ppm] - - - - <15 <20

Cadmio[ppm] - - - - <2 <8

Cobre[ppm] - - - - <100 <1000

Cromo[ppm] - - - - <120 <600

Mercurio[ppm] - - - - <1 <4

Níquel[ppm] 31,5 188,5 17 28 <20 <80

Plomo[ppm] 25 - 37,5 25 <100 <300

Zinc[ppm] 2550 - 550 1100 <200 <2000

Densidad Aparente[Kg/m3] 873 1049 146 269 <700

Humedad[%] 63 59 37 24 30-45

Materia seca[%] 37 41 63 76 55-70

(-) No se detecto la presencia de estos metales en los análisis realizados

Si se comparan las características descritas en la Tabla 7 con los de la Tabla 18, se observa que

aunque estas cambiaron en el tiempo, son los mismos materiales los que se encuentran fuera de los

rangos, exceptuando la densidad aparente de los Lodos, la cual aumentó por sobre el valor aceptado. Si

se observa la comparación de los Lodos y Corteza por separado, con la mezcla Lodos/Corteza, se aprecia

la baja cantidad de nitrógeno total y baja humedad presente en la mezcla. En consecuencia, una mezcla

con una razón 2:1 o mayor de Lodos y Corteza como material soporte podría suplir la cantidad de

nitrógeno mínima, obtener un compost con una humedad dentro de los rangos aceptables e incrementar

la porosidad o volumen de huecos para que la mezcla pueda ser aireada. Considerando esto, se podría

obtener un producto final con una densidad aparente aceptable y con el resto de las características

dentro de los rangos de Compost Tipo B, dado que los valores de Zinc y Níquel se encuentran por sobre

los rangos establecidos en el compost Tipo A.

Con los resultados obtenidos se puede concluir, que la mezcla de Lodos con Corteza o algún otro

sustrato o residuo orgánico con características similares, podría ser un candidato para producir compost

de Tipo B y en el caso que se pudieran disminuir las concentraciones de Níquel y Zinc, a través de algún

tipo de pre-tratamiento y/o cambio en el proceso de la celulosa, esta mezcla podría ser utilizada como

compost Tipo A. Aun así, antes de tomar la decisión final de comercializar este producto, es necesario

informarse sobre las exigencias de la norma chilena NCh 2880 (2005) “Compost-clasificación y

58

requisitos”. A su vez, de lo descrito en el Decreto Supremo 123 “Reglamento para el manejo de Lodos

generados en plantas de tratamiento de aguas servidas”, donde se regula en los artículos 7, 22, 23 y 24 la

caracterización de Lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas y los tipos de suelos en los

cuales se pueden aplicar estos Lodos.

Es importante señalar, que al lograr obtener un compost que se encuentre bajo la legislación

vigente, se disminuiría significativamente el acopio de desechos, aumentando la vida útil del vertedero

de Planta Santa Fe.

En relación a diferentes utilizaciones que se le puede otorgar a los Dregs/Grits y a la Corteza, en

este informe se plantean:

4.1.1 Dregs/Grits como enmiendas para tratar suelos ácidos

Se ha reportado en la literatura que los Dregs/Grits, debido a su estructura compuesta por

materia orgánica e inorgánica, pueden ser utilizados potencialmente como soporte para productos

agrícolas, recubrimiento de escombros, fabricación de cemento y otros materiales de construcción y su

aplicación en suelos ácidos, debido a su alto valor alcalino (Zambrano M. et al, 2003; Pöykiö R. et al,

2006).

La justificación de la creación de este tipo de enmienda esta dado por el aumento de los suelos

ácidos y/o degradados del sur de Chile, lo que ha llevado a la necesidad de estudiar alternativas

tecnológicas y económicamente viables para tratar estas grande extensiones de suelos ácidos con pHs

inferiores a 5,6 los cuales tienen un porcentaje de saturación de Aluminio que sobrepasa el 10% (Mora

M, Demanet R., 1999).

Según resultados obtenidos en experimento de Zambrano (2002), se establece que una

concentración de 5 g/kg y 30 g/kg a suelos con un pH de 5,8 incrementó el valor del pH de este a 6,16 y

casi 8 respectivamente. Además, los Dregs/Grits no presentaron características de reactividad,

corrosividad e inflamabilidad. Por otro lado, las características de granulometría y densidad de los

Dregs/Grits favorecen la retención de agua e incremento de nutrientes en el suelo. Adicionalmente, al

poseer componentes orgánicos (en bajas proporciones) pueden aportar algunos de los elementos

esenciales para su utilización en suelos degradados.

No obstante, la concentración de Níquel (metal pesado en mayor concentración que contienen

los Dregs/Grits) se encuentra por sobre lo aceptado en la NCh 2880, por lo que se debería tratar antes de

tomar la decisión de utilizarlo como enmienda.

59

4.1.2 Utilización de Corteza para la producción de bioetanol de segunda generación

Otra posibilidad que podría evaluarse es la utilización de la Corteza de eucalipto para la

producción de bioetanol de segunda generación. Este producto generado por la fermentación

anaeróbica de los azúcares provenientes de la hidrólisis de material lignocelulósico, presenta gran

importancia a nivel mundial, debido a la necesidad de buscar combustibles no fósiles, por el inminente

agotamiento de las reservas de petróleo, una de las principales fuentes de energía (Ralston, 2008).

Además, podría ser una solución ambiental a la cantidad de CO2 que se acumula en la atmósfera, debido

al consumo de los combustibles fósiles.

Por otro lado, la producción de bioetanol de segunda generación (a partir de material

lignocelulósico) se justifica, ya que al producir bioetanol de primera generación (a partir de azúcares

catalogados como alimentos. i.e maíz, trigo, arroz) se origina una competencia por terrenos que pueden

ser utilizados para plantar alimentos, situación que podría traer problemas en un futuro por el aumento

poblacional en el mundo.

Cabe destacar que la producción de este biocombustible es a su vez benéfica para el país, ya que

como es sabido existe una alta dependencia energética al ser comprada en el exterior, siendo importada

más de dos tercios de la utilizada nacionalmente. De ahí el efecto que tiene en el país las fluctuaciones

en el precio del petróleo y del gas natural importado (Tokman, 2008). Se espera que para el 2010 la

demanda de gasolina será de 3.323.000 m3/año, demanda que puede ser abastecida en parte por la

producción de bioetanol, debido a los motores catalíticos convencionales pueden aceptar una mezcla E5

y E10 (5% bioetanol y 95% gasolina tradicional). Siendo en Chile el 5% de bioetanol de la mezcla libre de

impuesto tributario (Sotomayor, 2010).

La Corteza de eucalipto es uno de los materiales lignocelulosicos con los cuales se puede

producir bioetanol. Se compone, según experimentos realizados por Sotomayor, 2010 y Niklitschek,

2010, por un 43,61% Celulosa, 39,63% Hemicelulosa y 19,3 % de Lignina. Luego, es posible que se pueda

fermentar a lo más un 83,24% de la Corteza.

En el caso del pre-tratamiento, necesario para poder separar la celulosa y hemicelulosa de la

lignina de manera que puedan ser hidrolizadas posteriormente, este puede ser: físico, biológico,

químico, mecánico y mezclas de ellos. En la Tabla 19 se describen los principales métodos de pre-

tratamiento y cómo estos afectan a la posterior hidrólisis enzimática.

60

Tabla 19. Principales métodos de pre-tratamiento materias primas para la producción de bioetanol de segunda generación (Sotomayor, 2010).

Característica Explosión a

Vapor

Explosión a

vapor catalizada

Hidrólisis

acida Termo-hidrolisis

Condiciones de

operación

Batch o continuo

190-270°C

1 a 10min

Batch o continuo

160-270°C

1 a 10min

Batch o continuo

150-180°C

5 a 30min

Batch

170-230°C

1 a 10min

Consumo de

compuestos químicos NO SI SI NO

Recuperación de

pentosas 45 a 65% >80% >80% >80%

Formación de

inhibidores

Si, bajo estrictas

condiciones

Si, bajo estrictas

condiciones

Si, bajo estrictas

condiciones Poco

Reducción del tamaño

de partículas Medio medio Alto Medio

Eficiencia en la

hidrólisis enzimática >70% >80% >90% >80%

Generación de residuos Insignificantes Moderado Importante Insignificantes

Corrosividad al medio Alto Moderado a alto Moderado No evaluado

Uso Planta piloto Planta piloto Plantas pilotos

demostrativas Laboratorio

A su vez, la decisión de cómo se realizará el proceso de fermentación es extremadamente

importante, el cual puede ser realizado de dos maneras principalmente, efectuando la hidrólisis

enzimática y la fermentación por separado (SHF6) o en el mismo reactor (SSF7). Sin embargo, SFS posee

ventajas por sobre HFS, como por ejemplo, la utilización de menor equipamiento, debido a que se realiza

en el mismo reactor y la generación de inhibidores que se producen en este proceso. El microorganismo

más utilizado para la fermentación alcohólica es Saccharomyces cerevisiae, más conocida como levadura

del pan, la cual aunque no degrada pentosas posee una alta capacidad fermentativa (Hamelinck C., Van

Hooijdonk G., Faaij A., 2005).

Dependiendo de la selección del pre-tratamiento y de las condiciones de operación de la

fermentación, la capacidad de producción de bioetanol variaría. Según experimentos realizados por

Sotomayor (2010) se podrían obtener rendimientos entre los 150-200 litros por tonelada de eucalipto,

utilizando el pre-tratamiento de explosión de vapor y tecnologías SFS.

6 Separate hydrolysis and fermentation

7 Simultaneous Saccharification and Fermentation

61

La dificultad de implementar este tipo de procesos está dado por lo novedoso de muchas de las

tecnologías utilizadas, además del costo de inversión que significa, se conoce que una planta con una

capacidad de 80.000 m3/ año presenta un costo de inversión de aproximadamente US$ 200 y más

(Sotomayor, 2010).

Por otro lado, la ventaja de utilizar Corteza de Eucalipto como materia prima, se presenta por la

disponibilidad que se tiene en Planta Santa Fe, a diferencia de una empresa externa que tendría que

poder captar los desechos forestales e industriales para poder producir bioetanol de segunda

generación. Aun así, sería necesario realizar una planta piloto con la Corteza de eucalipto, de manera de

evaluar en terreno los rendimientos finales.

62

Capitulo 5. Conclusiones

Con respecto a los resultados obtenidos y a las discusiones realizadas en el presente estudio, se puede

concluir lo siguiente:

Se obtuvo conocimiento acerca del fenómeno de compostaje con los residuos provenientes de la

Planta de Santa Fe, en cuanto a las características que deben tener las materias primas y

caracterizando según la literatura los microorganismos presentes en las distintas etapas del

compostaje, además de las reacciones que ocurren tanto en la degradación aeróbica como

anaeróbica.

Se realizó el compostaje de los residuos industriales de una Planta de celulosa y aunque sus

características cambiaron en el tiempo, ninguno de los tres residuos por separado ni la mezcla

Lodos/Corteza utilizada, cambiaron todas sus características a valores aceptados por la NCh

2880.

No se logró un aumento en la temperatura de los residuos compostados mayor a los 35°C,

siendo necesario según el DS N°123 artículo 7, una mantención por 15 días de una temperatura

de 55°C, lo que produciría un aumento de la flora termófila y en consecuencia una mayor

degradación de los compuestos orgánicos presentes en los residuos.

Se evaluó el potencial uso de los RISes de la Planta Santa Fe como compost, según la clasificación

NCh 2880(2005), concluyendo que con las condiciones empleadas para compostar no se logró

obtener el producto deseado con ninguno de los residuos y mezclas que posea todas sus

características dentro de los rangos establecidos por la NCh 2880(2005). Aun así, los Lodos son

los mejores candidatos para producir compost tipo B, teniendo en cuenta que debe mejorarse su

humedad, y la concentración de Níquel y Zinc.

Se considera que una mezcla Lodos/Corteza con una proporción 2:1 o mayor de Lodos podría ser

la mejor opción al querer producir compost tipo B. No obstante, esto no resuelve la

problemática de la concentración de metales pesados. Una mezcla de estos dos residuos podría:

o Mejorar la humedad

o Mejorar las condiciones aeróbicas

o Aumentar la descomposición de la Corteza

Una alternativa para el uso de los Dregs/Grits es la utilización de ellos como enmiendas para el

tratamiento de suelos ácidos, aun así deben realizarse tratamientos para dimisminuir la

concentración de Níquel, ya que podría ser dañino al medio ambiente y se encontraría por sobre

lo establecido en la NCh 2880.

Existe la posibilidad de la utilización de la Corteza para la producción de bioetanol de segunda

generación, con un rendimiento de 150-200 litros por tonelada de Corteza de Eucalipto, según la

literatura consultada.

63

Capitulo 6. Bibliografía

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67

Capitulo 7. Anexos

Anexo A Datos bibliográficos

Figura 33. Diagrama de bloques pertinente a una planta química de una fábrica de celulosa. (Zambrano M. et al,

2003)

68

Tabla 20. Géneros procariotas detectados (Moreno J., 2008).

Dominio Bacteria

Phylum Proteobacteria

Alfa-proteobacteria

Bradyrhizobium Caulobacter Nitrobacter Phylobacterium Xanthobacter

Brevundimonas Methylobacterium Paracoccus Rhodovulum

Beta-proteobacterias

Achromobacter Alcaligenes Comamonas Nitrosomas Variovorax

Acidovorax Chromobacterium Janthinobacterium Paucimonas

Gamma-proteobacterias

Acinetobacter Citrobacter Escherichia Moraxella Proteus

Azotobacter Enterobacter Klebsiella Pantoea Pseudoaltermonas

Pseudomonas Stenotrophomonas Serratia

Phylum Firmientes

Bacilli

Amphibacillus Brevibacillus Enterococcus Paenibacillus Thermoactinomyces

Bacillus Caryophanon Geobacillus Staphylococcus

Clostridia

Clostridium Desulfotomaculum

Phylum Bacteroidetes

Bateroides Cytophaga Chryseobacterium Flavobacterium Sphingobacterium

Phylum Actinobacteria

Actinomyces Curtobacterium Micrococcus Propionibacterium Rhodococcus

Arthobacter Kocuria Micromonospora Pseidonocardia Saccharomonosospora

Cellulomonas Microbacterium Nocardia Rathayibacter Streptomyces

Corynebacterium Thermomonospora Thermopolyspora Symbiobacterium Terrabacter

Thermobifida Thermocrispum

Phylum Deinococcus-Thermus

Thermus

Phylum aquificae

Hydrogenobacter

Dominio Archea

Methanothermobacter

69

Tabla 21. Géneros eucariotas detectados (Moreno J., 2008).

Reino Fungi

Clase Ascomycetes

Acremoniella Botrytis Eremascus Hormiscium Nectria Preussia Stibella

Acremonium Cephaliophora Eurotium Humicola Neosartoya Pseudallescheria Talaromyces

Acrophialophora Cephalosporium Eutypella Hypocrea Nigrospora Pseudogymnoascus Thermoascus

Aleurisma Chaetomium Exophiala Hypomyces Oedocephalum Pullularia Thermomyces

Alternaria Chrysosporium Fennellia Leptographium Oidiodendron Rhinocladiella Thielavia

Aphanoascus Cladosporium Fusarium Macrosporium Oidium Rollandina Thielaviopsis

Apiospora Clonostachys Gelasinospora Malbranchea Oospora Scedosporium Thysanophora

Arthrinium Coniothyrium Geomyces Melanocarpus Paecilomyces Scolecobasidium Torulopsis

Arthrobotrys Coonemeria Geosmithia Metarhizium Papulaspora Scolpulariopsis Trichocladium

Ascodesmis Corynascus Gilmaniella Microascus Penicillium Scytalidium Trichoderma

Ascotricha Curvularia Gliobotrys Mollisia Peziza Sepdonium Trichophaea

Aspergillus Cylindrocarpon Gliocladium Monilia Phialemonium Sordaria Trichothecium

Aureobasidium Dactylaria Gliomastix Moniliella Phialophora Spicaria Trichurus

Beauvreria Doratomyces Graphium Monotospora Phoma Sporothrix Ulocladium

Botryosporium Emericella Gymnoascacea Myceliophthora Phomopsis Stachybotrys Verticillium

Botryotinia Engyodontrium Harpographium Mycogone Pithomyces Staphylotrichum Volutella

Botryotrichum Epicoccum Heterosporium Myrothecium Plectosporium Stemphylium Westerdykella

Clase Saccharomycetes

Candida Geotrichum Kluyveromyces Pichia

Clase Basidiomycetes

Agaricus Coprinis Lentinus Mycena Pleurotus Sporotrichium Trametes

Armillaria Fomes Lenzites Panaeolus Sistotrema Stereum Trichosporon

Clitopilus Gloephyllum

Clase Urediniomycetes

Rhodotorula

Clase Zygomycetes

Absidia Circinella Mortierella Piptocehalis Rhizopus Syncephalastrum Zygorhynchus

Actinomucor Cunninghamella Mucor Rhizomucor Stylopage Syncephalis

Reino Chromisa

Clase Oomycetes

Pythium

70

Tabla 22. M.O patógenos encontrados en distintos tipos de residuos (Moreno J., 2008).

71

Anexo B Tablas de resultados experimentales

Tabla 23. Datos obtenidos durante el monitoreo de la temperatura del Experimento 1.

Mezcla 1

Mezcla 2

Mezcla 3

Tiempo[días] T[°C] Desv. Est. T[°C] Desv. Est. T[°C] Desv. Est.

0 17,5 0,7 17 0,00 18 0,0

1 17 0,0 17 0,0 17 0,0

2 15 0,0 16 0,0 16 0,0

5 15 0,0 15,5 0,7 15 0,0

6 15,5 0,7 16 0,0 15,5 0,7

7 15 0,0 15 0,0 15 0,0

9 15 0,0 15 0,0 15 0,0

12 21 1,4 21,5 0,7 21,5 0,7

14 20,5 0,7 21 1,4 21,5 0,7

15 21,5 0,7 21,5 0,7 22,5 0,7

16 22 1,4 22 1,4 22,5 0,7

20 24,5 0,7 22,5 0,7 22,5 0,7

23 25,5 2,1 24 0,0 23,5 0,7

26 24 0,0 22 0,0 21,5 0,7

27 22,5 0,7 22 0,0 21,5 0,7

28 23 1,4 21,5 0,7 22 0,0

34 21 0,0 19,5 0,7 20 0,0

35 19 1,4 20,5 0,7 20 0,0

40 21,5 0,7 20 0,0 19,5 0,7

44 22,5 0,7 21 0,0 21 0,0

48 20 1,4 19,5 0,7 19,5 0,7

52 22 0,0 19,5 0,7 21 0,0

55 22 0,0 22 0,0 22,5 0,7

61 22 0,0 21 0,0 21 0,0

Tabla 24. Datos obtenidos durante el monitoreo del pH del Experimento 1.

Mezcla 1

Mezcla 2

Mezcla 3

Tiempo[días] pH Desv. Est. pH Desv. Est. pH Desv. Est.

0 7,8 0,3 9,8 0,4 9,0 0,6

9 6,1 0,2 9,3 0,2 8,9 0,0

16 5,3 0,2 8,9 0,2 8,8 0,0

23 5,0 0,0 8,2 0,3 8,4 0,9

61 7,4 0,1 9,7 0,0 9,3 0,0

72

Tabla 25. Datos obtenidos durante el monitoreo de la humedad del Experimento 1.

Mezcla 1 Mezcla 2 Mezcla 3

Tiempo[días] %Humedad Desv.

Estándar %Humedad

Desv.

Estándar %Humedad

Desv.

Estándar

0 31% 0% 30% 9% 68% 3%

9 64% 1% 56% 4% 54% 11%

16 57% 1% 53% 3% 56% 0%

23 49% 4% 52% 5% 24% 8%

49 60% 9% 49% 5% 63% 3%

Tabla 26. Datos obtenidos durante el monitoreo de la temperatura del Experimento 2.

Lodos Dregs/Grits Corteza

Tiempo[días] T[°C] Desv. Est T[°C] Desv. Est T[°C] Desv. Est

0 17,0 0,0 16,0 0,0 18,0 0,0

1 25,3 1,2 17,0 0,0 22,3 0,6

7 33,3 1,2 19,3 1,5 23,0 1,0

8 31,0 1,0 18,0 0,0 22,3 0,6

10 32,0 1,7 19,0 0,0 22,3 0,6

13 31,7 0,6 18,3 0,6 22,3 0,6

17 30,0 0,0 19,3 0,6 21,3 1,2

21 26,3 1,2 19,3 0,6 22,0 0,0

24 27,3 1,2 18,7 0,6 21,7 0,6

28 24,7 1,2 21,0 0,0 23,7 1,5

34 22,7 0,6 21,0 0,0 22,7 0,6

38 22,0 0,0 22,0 0,0 21,0 0,0

41 25,0 0,0 21,3 0,6 22,0 1,0

42 15,0 0,0 16,0 0,0 14,0 0,0

55 10,0 0,0 10,0 0,0 22,3 0,6

Tabla 27. Datos obtenidos durante el monitoreo del pH del Experimento 2.

Tiempo[días] Lodos Corteza Dregs/Grits

0 5,7 5,7 11,5

10 6,4 6 10,7

17 7,57 5,54 10,13

34 8,385 6,84 10,82

42 8,36 7,44 10,63

57 8,69 7,21 10,42

71 8,26 7,3 10,24

73

Tabla 28. Datos obtenidos durante el monitoreo de la humedad del Experimento 2.

Lodos Dregs/Grits Corteza

Tiempo[días] H[%] Desv. Est. H[%] Desv. Est. H[%] Desv. Est

0 74% 0% 21% 6% 47% 1%

10 74% 2% 19% 7% 45% 0%

22 76% 2% 20% 2% 44% 1%

41 74% 0% 59% 0% 39% 0%

56 71% 0% 40% 0% 65% 0%

71 63% 0% 59% 0% 37% 0%

74

Anexo C Figuras de resultados experimentales

Figura 34. Vista en microscopio de la dilución realizada con los Lodos a 400x, al día 13 de iniciado el experimento.

75

Figura 35. Vista en microscopio de la dilución realizada con la Corteza a 400x, al día 13 de iniciado el experimento.

76

Figura 36. Vista en microscopio de la dilución realizada con los Dregs/Grits a 400x, al día 13 de iniciado el

experimento.

77

ANEXO D Decreto Supremo N° 123 “Reglamento para el manejo de lodos

generados en plantas de tratamiento de aguas servidas”

Artículo 7.- Se considerarán Lodos Clase A aquellos que cumplan con los siguientes requisitos,

adicionalmente al cumplimiento de la reducción de la atracción de sectores:

Tener una densidad de coliformes fecales menor a 1.000Número Más Probable (NMP) por gramo de

sólidos totales, base materia seca, o tener una densidad de Salmonella sp. menor a 3NMP en 4 gramos

de sólidos totales, base materia seca.

Tener un contenido de ova helmíntica viable menor a 1 en 4 gramos de sólidos totales, base materia

seca:

Se podrá demostrar el cumplimiento del requisito señalado en el número 2 del inciso anterior mediante

la aprobación por la Autoridad Sanitaria de las condiciones de operación de uno de los procesos de

higienización señalados a continuación:

a) Compostaje. Si se aplica el método de compostaje, ya sea confinado o en pulas estáticas

aireadas, la temperatura de los Lodos deberá mantenerse a 55°C o más por tres días. Si se aplica

el método de compostaje con pilas de volteo, la temperatura de los Lodos deberá mantenerse a

55°C o más. Por un período a lo menos de 15 días. Durante dicho período, las pilas deben ser

volteadas un mínimo de cinco veces.

b) Secado térmico. Secado de los Lodos por contacto directo o indirecto con gases a mayor

temperatura para reducir el contenido de humedad de los Lodos a un 10% como máximo. La

temperatura de las partículas de los Lodos deberá exceder los 80°C o bien la temperatura de los

gases en contacto con los Lodos, en el punto en que los Lodos dejan el secador, deberá exceder

los 80°C.

c) Tratamiento con calor. Los Lodos en estado líquido se calientan a una temperatura de 180°C o

más por 30 minutos, como mínimo.

d) Digestión Aeróbica Termofílica. Los Lodos en estado líquido son agitados con aire u oxígeno para

mantener las condiciones aeróbicas con un tiempo medio de residencia de 10 días a una

temperatura entre 55°C y 60°C

e) Irradiación con haces de electrones. Los Lodos son irradiados con haces de electrones de alta

energía provenientes de un acelerador de electrones, con una dosis mínima de 10 kGy (1,0

megarad) a temperatura ambiente (20°C)

f) Irradiación con rayos Gamma. Los Lodos son irradiados con rayos Gamma de ciertos isótopos, tal

como Cobalto 60 ó Cesio 137, con una dosis mínima de 10kGy (1,0 megarad) a temperatura

ambiente (20°C)

g) Pasteurización. Los Lodos se mantienen por sobre los 70°C por un período superior a 30 minutos.

h) Tratamiento alcalino, mediante acondicionamiento con cal. El pH del lodo es elevado a niveles

por sobre 12 durante un período no inferior a 72 horas. Durante dicho periodo la temperatura

del lodo deberá ser superior a 52°C por un período no inferior a 12 horas. Adicionalmente,

después de transcurridas 72 horas, el lodo deberá secarse al aire hasta obtener un contenido de

sólidos totales de 50% o más.

78

i) Tratamientos térmicos según determinadas combinaciones de tiempo y temperatura. Se

reconocen 4 combinaciones de regímenes tiempo – temperatura aceptables. Cada una de ellas

considera el porcentaje de sólidos contenidos en el lodo y los parámetros operacionales del

proceso de tratamiento. El tratamiento cualquiera sea este, importa que los Lodos deben

mantenerse a una cierta temperatura por un periodo de contacto mínimo, el que se determina

conforme a las siguientes ecuaciones:

Donde:

D = Tiempo de contacto mínimo, en días

T = Temperatura, en grados Celsius

Cuando se cumpla alguna de las condiciones que a continuación se detallan

1) El contenido de sólidos en los Lodos sea mayor o igual a 7%, la temperatura de los Lodos

no sea inferior a 50°C y el tiempo de contacto mínimo sea de 20 minutos, excepto en los

casos cubiertos por la alternativa b;

2) El contenido de sólidos en los Lodos sea mayor o igual a 7%, la temperatura de los Lodos

no sea inferior a no sea inferior a 50°C y los Lodos estén constituidos por partículas

pequeñas que se calientan por medio de gases o líquidos inmiscibles, el tiempo de

contacto mínimo será de 15 segundos;

3) El contenido de sólidos en los Lodos sea menor al 7% y los Lodos sean tratados en

procesos con un tiempo de contacto que va entre 15 segundos y 30 minutos.

Alternativamente, cuando el contenido de sólidos en los Lodos sea menor al 7% y la

temperatura de los Lodos no sea inferior a 50°C, y sean tratados en procesos con tiempo

de contacto mayor o igual a 30 minutos, se aplicará la ecuación:

Donde:

D = Tiempo de contacto mínimo, en días

T = Temperatura, en grados Celsius

Un proceso de tratamiento equivalente, cuyo uso sea previamente aprobado por la

autoridad Sanitaria.

Articulo 21°.- El área de aplicación deberá cumplir con los siguientes requisitos sanitarios:

a) Estar ubicada a más de 300 metros de conjuntos de viviendas, como villorrios, pueblos y

ciudades, y de hospitales, locales de expendio de alimentos, escuelas y otros establecimientos

similares. Sin prejuicio de lo anterior, la distancia a viviendas aisladas deberá ser superior a 100

metros.

79

b) Estar ubicada a más de 300 metros de una captación de aguas subterránea para agua potable. En

caso de acuíferos vulnerables (por ejemplo, napas ubicadas a bajas profundidades, altas

permeabilidades, etc.) la Autoridad Sanitaria podrá determinar radios mayores.

c) Estar ubicada fuera de una franja contigua al punto de captación de aguas superficiales para

agua potable, de una longitud de 1000 metros aguas arriba del punto de captación y 200 metros

aguas abajo, y un ancho de 500 metros.

Articulo 22°.- Solo se podrán aplicar Lodos a suelos que presenten las siguientes condiciones y

características:

1) Suelos productivos que presenten severas limitaciones en su aptitud frutal natural, suelos

forestales y suelos degradados, cuyas características físicas y estructurales se encuentren en los

rangos de los parámetros señalados en la Tabla 2.

2) Suelos que no se encuentren en alguna de las siguientes situaciones:

a. pH inferior a 5.

b. Suelos con características de pendiente, arena, estructura, permeabilidad, drenaje y

profundidad efectiva fuera de los rangos establecidos por la Tabla 2.

c. Suelos saturados con agua la mayor parte del tiempo, por ejemplo, vegas, bofedales y

suelos ñadis.

d. Suelos cuya napa freática se encuentre a menos de 1 metro de profundidad, sitios en los

cuales se genere un efecto de napa colgante y acuíferos vulnerables determinados por la

autoridad competente a la materia.

e. Suelos cubiertos con nieve.

f. Suelos ubicados a menos de 15 metros de las riberas de ríos y lagos.

g. Suelos ubicados a menos de 15 metros de un área que cuente con recursos para bebida

animal.

h. Suelos ubicados a menos de 15 metros de un área que cuente con recursos para bebida

animal.

i. Suelos con riesgo de inundación.

j. Áreas con riesgo de concentración de precipitaciones consideradas altas y muy altas, en

base a un índice de riesgo climático, el cual será definido por el Servicio Agrícola y

Ganadero conforme a registros de precipitaciones especializados por criterios de altitud

y/o de intensidad , distribución y frecuencia de las mismas.

Excepcionalmente se podrá considerar la aplicación de Lodos en suelos productivos con aptitud frutal

natural, cuando las condiciones del entorno y/o disponibilidad de riego no permitan la expresión de

estas características. Asimismo, se podrá considerar la aplicación de Lodos en aquellas áreas de riesgo

señaladas en este artículo, basado en antecedentes fundados y apreciaciones técnicas y específicas del

lugar y a la implementación de medidas especiales. Ambas situaciones excepcionales deben estar

debidamente acreditadas y fundamentadas en el plan de aplicación de Lodos.

Artículo 23°.- Los suelos receptores de Lodos deberán cumplir con todos los rangos de parámetros

señalados en la Tabla 2.

80

Tabla 2. Características del suelo receptor de Lodos

Parámetros del suelo Unidad

Suelos productivos con severas

limitaciones para su aptitud frutal

natural y/o en suelos forestales

Suelos degradados1

Pendiente % 3-15 <60

Arena % <70 <70

Estructura2 Clase 1-2-3a-4a 3a-3b-4a

Permeabilidad

(Conductividad hidráulica

saturada del suelo)

cm/h 0,0036-<3,6 0,036-<36

Drenaje3 Clase 3-4-5 3-4-5

Profundidad efectiva cm 20-<70 >20

1 Requieren medidas técnicas especiales de aplicación, que deben ser incluidas en el Plan de Aplicación

de Lodos.

2 De acuerdo al tamaño de la unidad estructural señalado en la tabla 2.1

3 De acuerdo a la descripción señalada en la tabla 2.2

Tabla 2.1. Clases de estructura de acuerdo al tamaño de la unidad estructural

Clase

Criterio por tipo Tamaño de la unidad estructural en mm

Granular (1)

Laminar (2)

Bloques Angulares

Bloques Subangulares

Columnar

Prismática

1. Muy Fina <1 <5 <10

2. Fina 1-<2 5-<10 10-<20

3a. Media 2-<5 10-<20

3b. Media 20-<50

4a. Gruesa 5-<10

4b. Gruesa 20-<50 50-<100

5. Muy Gruesa >10 >50 100-<500

(1) Diámetro

(2) Espesor lámina

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Tabla 2.2 Clases de drenaje

Clase Descripción

1. Muy pobremente drenado

El agua es removida tan lentamente que el nivel freático permanece

en o sobre la superficie del suelo la mayor parte del tiempo. A

menos que el suelo sea artificialmente drenado, los cultivos no

pueden desarrollarse. Ocupa niveles depresionales si la lluvia es

persistente y alta si se mantiene inundado.

2. Pobremente drenado

El agua es removida tan lentamente que el suelo permanece

húmedo una gran parte del tiempo. A menos que el suelo sea

artificialmente drenado, muchos cultivos no pueden desarrollarse.

Comúnmente está asociado a una clase de conductividad hidráulica

saturada del suelo lenta (0,0036 -< 0,036 cm/h) a muy lenta

(<0,0036 cm/h).

3. Imperfectamente drenado

El agua es removida del suelo lentamente, manteniéndolo húmedo

por significativos periodos pero no durante todo el tiempo. A

menos que el suelo sea artificialmente drenado, el crecimiento de

cultivos es restringido. Comúnmente está asociado a una clase de

conductividad hidráulica saturada del suelo lenta (0,0036 -< 0,036

cm/h) a muy lenta (<0,0036 cm/h)

4. Moderadamente bien drenado

El agua es removida algo lentamente, manteniendo el suelo

húmedo por poco pero significativa parte del tiempo. Comúnmente

se asocia a clases de permeabilidad lenta (0,0036 -< 0,036 cm/h)

moderadamente lenta (0,036 -< 0,36 cm/h).

5. Bien drenado

El agua es removida del suelo fácilmente, pero no rápidamente.

Estos suelos retienen cantidades óptimas de humedad para el

crecimiento de las plantas después de las lluvias o regadío

6. Excesivamente drenado

El agua es removida del suelo muy rápidamente. Comúnmente

presentan texturas gruesas y tiene una conductividad hidráulica

saturada del suelo alta (3,6 -< 36 cm/h) a muy alta (>36 cm/h)

Artículo 24°.- Las concentraciones máximas de metales pesados que pueden contener los suelos previo a

la aplicación de Lodos se presentan en la Tabla 3.

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Tabla 3. Concentración máxima en mg/kg suelo (en base materia seca)1

Metal

Concentración máxima en mg/kg suelo (en base materia seca)1

Macrozona norte Macrozona Sur

pH>6,5 pH≤6,5 pH>5

Arsénico 20 12,5 10

Cadmio 2 1,25 2

Cobre 150 100 75

Mercurio 1,5 1 1

Níquel 112 50 30

Plomo 75 50 50

Selenio 4 3 4

Zinc 175 120 175

1 Concentraciones expresadas como contenidos totales