DISEO CONSTRUCCIN Y OPERACIN DE UNA COMPOSTERA DOMSTICA

“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE UNA COMPOSTERA DOMÉSTICA PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS DE LA CIUDAD DE QUITO” KAREN SOFÍA GUERRERO COBA 30 de Enero del 2013

PROBLEMÁTICA EMASEO: • 1700 Ton/día • PPC: 0, 75 Kg/hab. d RSO Lixiviados DQO: 30 000 mg/L

JUSTIFICACIÓN En la ciudad de Quito, se recicla menos del 8% Problema ambiental Alternativas para disminuir la generación de RSO Transformación y reutilización mediante el compostaje Compostera doméstica

OBJETIVOS Diseño, construcción y operación de una compostera doméstica para el tratamiento de los residuos sólidos orgánicos de la ciudad de Quito. Diseño de una compostera doméstica Variables de diseño y operación 3 estratos socioeconómicos Construir y operar Eficiencia del compostaje Relación costo – beneficio Manual de instrucciones

RESIUDOS SÓLIDOS URBANOS (RSU) Problemas de los RSU Proliferación de vectores Epidemias Triple repercusión ambiental: • Contaminación • Desperdicio de recursos • Necesidad de espacios disponibles Países e ingresos • Bajos: 40 -85 % • Medianos: 20 -65 % • Altos: 6 -30%

Compostaje Compite con relleno sanitario y e incineración a pesar de su baja rentabilidad. • Calor • Aire • Microorganismos Compostaje en hileras Mas de 30 sistemas de compostación Compostaje en pila estática Compostaje en biorreactor

Compostaje • • Bacterias Actinomycetes Protozoos Hongos Inóculos bacterianos: Liofilización (106 – 108) UFC/g inicio al proceso de descomposición. Sustancias húmicas y fúlvicas Consumen microorganismos Micelios degradan lignina • Sublimación, extracción al vacío. • Lio-protectores

ETAPAS DEL PROCESO DE COMPOSTAJE AEROBIO 1. Fase Latencia y crecimiento (Mesófila) 2. Fase de fermentación (Termófila) • • (60 -75)°C degrada la celulosa y mueren patógenos. • Ácidos orgánicos simples CO 2 y H 2 O p. H aumenta. • 40°C nitrificación y oxidación de compuestos reducidos de S, P p. H bajos. Microorganismos mesófilos azúcares, carbohidratos, almidones y proteínas en ácidos orgánicos simples. 3. Fase de maduración (Mesófila) • Decrecen Microrganismos mesófilos y termófilos aumenta actinomicetos degradan lignina restante.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA COMPOSTAJE ÍTEM Tamaño de Partícula Relación carbononitrógeno (C/N) Contenido en humedad Mezcla y Volteo Temperatura Control de Patógenos Requisitos de aire Control de p. H Observaciones 25 y 27 mm. 20 - 25. * Con relaciones más bajas NH 3 e impide la actividad biológica. * Con relaciones más altas N, nutriente limitante. (50 -60)% Prevenir el secado o encostramiento. 50 – 60°C, óptimo 55°C. 60 °C En base a la materia orgánica se calcula el aire necesario. Asegurar 50 % de aire inicial. Rango entre 7 a 7, 5. Mayor a 8, 5: pérdida de nitrógeno como NH 4.

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO Identificación de la materia prima Muestreo de la materia prima Análisis de laboratorio de materia prima Análisis de las variables de diseño Diseño de la compostera Construcción de compostera Aislamiento e identificación de bacterias compostadoras Liofilización de inóculos bacterianos Dosificación de la materia prima Manual de operaciones Operación de la compostera Parte electrónica Parte mecánica Obtención del producto Relación costo -beneficio

ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO Relación C/N: Para determinar la composición porcentual para las RSO y Aserrín Residuos comida Para 1 Humedad 70% Agua 0, 7 Kg Masa seca 0, 3 Kg %N 2, 90% Kg N 0, 0087 Kg C/N 14 Kg C 0, 1218 Kg Aserrín Kg 40% 0, 4 Kg 0, 6 Kg 0, 08% 0, 00048 Kg 200 0, 096 Kg Para determinar la cantidad de RSO que se necesita añadir a 1 Kg de Aserrín para lograr la relación C/N entre 20 -25, idealmente se realizará el cálculo con 25: C = 25 = C en 1 Kg de aserrín + n (C en 1 Kg de RSO ) N N en 1 Kg de aserrín + n (C en 1 Kg de RSO ) Kg RSO = 1 Kg de aserrín

ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO Humedad Control del p. H % Humedad = • • • a * 100 a+b a = Masa de agua de la mezcla b = Masa seca de la mezcla p. H ideal (7 – 7, 5) RSO p. H (4 – 6) Polvo de hornear Uso en el hogar

ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO Requisitos de aire Relación molar de la materia orgánica Materia orgánica se representa sobre una base molar Ca H b O c N d RELACIÓN MOLAR COMPONENTE SIN H 2 O CON H 2 O Carbono 60, 0 Hidrógeno 94, 3 156, 3 Oxígeno 37, 8 69, 1 Nitrógeno 1, 0 Transformación biológica aerobia de los RSO

ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO Requisitos de aire Moles a Kg (PM) O 2 requerido para degradar x Kg de RSO, se parte desde los SVB. • (SV) = 0, 93 * ST • (SVB) = 0, 60 * SV • Eff. conversión de los SVB = 95% • Aire: 23% en masa de oxígeno. • Peso específico aire: 1, 202 Kg/m 3 Kg SVB * Aire requerido = aire Kg. O 2/Kgaire O 2 requerido = Kg O 2 Kg SVB convertidos Kg O 2 Kg SVB * ʆ (Kgaire/m 3 aire ) = m 3 de

DISEÑO DE LA COMPOSTERA DOMÉSTICA Volumen bandeja de fermentación PPC orgánicos domiciliarios = (PPC de RSU) * (% de RSO dom. ) Familia promedio * 7 días = Kg/ Familia * semana V = Kg RSO/ Familia*semana ʆ RSO (Kg/m 3) V = RSO m 3 V aserrín= Kg aserrín/ Fam. * semana ʆ aserrín V = aserrín m 3 V Funcional = V aserrín + V RSO V Real= 1. 1 * V Funcional

DISEÑO DE LA COMPOSTERA DOMÉSTICA Volumen bandeja de maduración 1 Reducción en volumen entre un (30 – 50)%. V Bandeja maduración = V funcional * (1 -0, 3) * 1, 1 2 Volumen reservorio de lixiviados V Funcional = V agua del material compostable * (1 -0, 6) * (1 -0, 85) Masa seca del material de mezcla: 60 %. Evaporación: 85 %. 1 2

ANÁLISIS MICROBIOLÓGICOS DE INÓCULOS BACTERIANOS Análisis de identificación taxonómica Liofilización 4 cepas bacterianas Lio-protector: almidón de yuca

ANÁLISIS MICROBIOLÓGICOS DE INÓCULOS BACTERIANOS Sol. Madre: 1, 0 m. L (suero fisiológico) 0, 5 g (muestra liofilizada) • Volumen de asa: 100 u. L • 8 diluciones liofilizado muy concentrado • Dilución total: 10 -8 Conteo total de colonias: 68 UFC Concentración de microorganismos por m. L N: Número de UFC (Unidades formadoras de Colonias). V: Volumen inicial. D: Dilución UFC/m. L = N * 1. V*D 68 * 1. 1 m. L * 10 -8 68 X 108 UFC/ 0, 5 g

RESULTADOS Volumen Bandeja de fermentación (L) 37 Bandeja de maduración 26 Reservorio de lixiviados 1, 53 PPC RSO ASERRÍN SUMA 0, 75 8, 67 7, 61 16, 28 Kg/hab*d Kg/F. *sem Humedad: 56% Requerimientos de aire: • 2, 0449 Kg O 2/Kg SVB. • Caudal: 0. 0056 m 3/min. Relación C/N: • 1, 139 Kg de RSO por 1 Kg Aserrín. • 4½ tazas de aserrín por cada 5 tazas de RSO. Control del p. H: • 0, 63 g de royal-- 25 g de RSO. • Para (5 tazas RSO) -- 15 g cda. llena. Inóculo bacteriano: 5 tazas de RSO 1 cdta. 6, 5 Kg de compost para maduración c/2 sem.

RESULTADOS Marca madre de la compostera doméstica Rubros Materiales utilizados Mano de obra directa Mano de obra indirecta TOTAL EMASEO y EMGIRS 25´ 765 260, 46 USD/año. Costo (USD) 227, 59 775, 00 383, 70 1386, 29 Utilidad establecida para la producción unitaria de la Compostec: 27, 5%. PVP: 1767, 52 USD. 387, 0 c/u Producción industrial 8, 52 años Manual, Guía, Etiquetas e Inotec

DISCUSIÓN Inóculos bacterianos liofilizados Microbacterium spp. Bacillus sphaericus 100 x No hidroliza la caseína o el almidón pero degrada catalasa y gelatina. 100 x Bacillus firmus 100 x • Aerobio facultativo. • Hidroliza caseína y almidón. • No esporulado. • Corynebactrium. • Hidroliza caseína y catalasa, no degrada almidón.

DISCUSIÓN Análisis de compost final de los 3 estratos socioeconómicos % Humedad: (˃ 40%) rodea el 65%. (C. E. ): (Clase A ≤ 5 m. S/cm, clase B de (5 -12) m. S/cm). Estrato bajo: 12, 3 m. S/cm Estrato medio y alto: Fuera de rango M. O. : ˃ 35 %. Todos sobre 46 %. p. H: (Clase A : 7, 0 -8, 0; Clase B: 6, 5 -8, 5 y compost inmaduro: 6, 0 -8, 5. Estratos alto y medio: Clase A Estrato bajo: Clase B Relación (C/N): ˂18. Todos dentro del rango. N: ˃ 1%. Todos sobre 1, 66%. Cu y Zn: (100 ppm y 200 ppm). Todos dentro del rango.

DISCUSIÓN Relación costo-beneficio de la Compostec Monto de inversión inicial PVP de la Compostec: (1767, 52 USD). Valor actual de ingresos 2 USD la funda de 2, 5 Kg. Abotec Ganancia anual de 135, 57 USD. Costo/ año de mantenimiento y operación: 138, 76 USD.

CONCLUSIONES Diseñó, construyó y operó una compostera doméstica. Identificó a tres domicilios , 3 estratos socioeconómicos. Caracterización de RSO. Se aisló, identificó y liofilizó a 4 cepas bacterianas. Concentración bacteriana: 1, 36 x 1010 UFC/g de liofilizado. (Excepto Bacillus cereus ). Análisis de laboratorio del compost final, obteniendo un compost de calidad. Marca comercial : “Compostec”, “Inotec” y “Abotec. Manual de Uso de la Compostec, así como una Guía de Compostaje de Alimentos y etiquetas adhesivas para Inotec y Abotec. Relación costo – beneficio de la Compostec: PVP : 1767, 52 USD. EMASEO y EMGIRS: Ahorro anual de: 20´ 711 669, 5 USD. Enfoque industrial: 387 USD/u. Recupera Inv. Inicial: 8, 52 años. El uso de la Compostec reducirá el volumen de residuos sólidos orgánicos que llegan al relleno sanitario.

RECOMENDACIONES Leer primero el Manual de uso y en la Guía para Compostaje de Alimentos, así se garantizará un proceso de compostaje idóneo para obtener un compost de calidad. Producción industrial: Rediseño de la Compostec: materiales ligeros y económicos. Cuando se fabrican productos en serie los costes de producción bajan. La bandeja de fermentación construida en Al – MO corroe por acidez. Acero inoxidable para evitar problemas de corrosión que pueden afectar al compost final. Rediseñar un sistema de volteo mecánico automatizado que inclusive permita programar frecuencias de volteos. Eficiencia en el proceso de compostaje -- compost mejor calidad. Identificación y liofilización de las 9 cepas bacterianas aisladas en el Laboratorio de Biotecnología del IASA.

GRACIAS