APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS SOLIDOS DOMICILIARIOS PARA LA OBTENCIÓN DE BOCASHI UTILIZANDO CENIZA VOLCÁNICA


Cristian Fernando Galarza Galarza1, Dolores del Rocío Robalino Martínez2, Julia del Rosario Paredes Villacís3María Daniela Garcés Moncayo4

1Ingeniero en Sistemas y Computación, Máster Universitario en Ingeniería Biomédica, Docente en la Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos, Universidad Técnica de Ambato. cf.galarza@uta.edu.ec

2Ingeniera en Alimentos, Magister en Gestión de la Producción Agroindustrial, Docente en la Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos, Universidad Técnica de Ambato. ddr.robalino@uta.edu.ec

4Ingeniera en Alimentos, Magister en Docencia Universitaria y Administración Educativa, Docente de la Facultad de Ciencias de la Educación. juliarparedesv@uta.edu.ec

4Ingeniera Bioquímica, Universidad Técnica de Ambato. ma.garces@gmail.com

  • RESUMEN

En esta investigación se reporta la obtención de abono orgánico (bocashi) a partir de residuos sólidos domiciliarios mediante la construcción de composteras domésticas. Se aplicó un diseño factorial AxB y un ANOVA con un 95% de confianza, por otro lado, se ha logrado determinar que la dosificación y el sistema de remoción-ventilación influyen significativamente sobre la cantidad de materia orgánica, el contenido de C, N y la relación C/N.

Con los resultados de la investigación, se llegó a determinar que el mejor tratamiento en cuanto al contenido de materia orgánica, contenido de C y N fue el: a1b1 (70% residuos materia orgánica + 0% ceniza volcánica + 30% suelo, sistema de remoción manual) así mismo, para la relación C/N fue el tratamiento: a3b1 (40% residuos materia orgánica + 40% ceniza volcánica + 20% suelo, sistema de remoción manual), lo que permite alcanzar un valor de 7,406.

En lo referente a costo, el abono orgánico (Bocashi) obtenido con el tratamiento a3b1 es de 2,20 USD/Kg, este precio en relación a otros abonos orgánicos es relativamente alto, sin embargo, si a nivel industrial, se parte de una tonelada de materia orgánica, este costo podría reducirse llegando a hasta 0,66 USD/kg.

PALABRAS CLAVE: Abono orgánico, bocashi, ceniza volcánica, composteras domésticas.

ABSTRACT:

This research reports the obtaining of organic fertilizer (bocashi) from household solid waste through the construction of domestic composters. On the other hand, an AxB factorial design and an ANOVA with a 95% confidence level have been applied, otherwise, it has been determined that the dosage and the removal-ventilation system have a significant influence on the amount of organic matter, C, N and C/N ratio.

With the results of the research, it was determined that the best treatment in terms of organic matter, C and N content was: a1b1 (70% organic matter waste + 0% volcanic ash + 30% soil, manual removal system) also, for C/N ratio was the treatment: a3b1 (40% organic matter waste + 40% volcanic ash + 20% soil, manual removal system), which allows a value of 7,406 to be reached.

In terms of cost, the organic fertilizer (Bocashi) obtained with a3b1 treatment is 2.20 USD/kg, this price in relation to other organic fertilizers is relatively high, however, if at an industrial level, it starts from a ton of organic matter, this cost could be reduced to as low as $ 0.66 / kg.

KEYWORDS: Organic fertilizer, Bocashi, volcanic ash, Domestic composters.

  • INTRODUCCIÓN

La gestión de residuos es una problemática compleja relacionada con conceptos ambientales, económicos, institucionales, sociales y políticos. Los residuos sólidos urbanos se definen como el conjunto de componentes y/o etapas desde la generación de los residuos por parte de cada uno de los habitantes, su recolección (contenedores, puerta a puerta), su transporte (aquellas ciudades donde existen plantas de transferencia), los diferentes tratamientos (plantas de separación y acondicionamiento de reciclables) y la disposición final (Armas, 2006).

La necesidad de crecer como economía y de entrar al ritmo globalizador cada vez más agresivo, llevó a que muchos países dejaran para un segundo plano la preocupación por el ambiente. El desarrollo de las comunicaciones y la gran cantidad de personas que comenzaron a verse afectadas por la contaminación generó alertas que volcaron la mirada de la opinión pública por lo que estaba pasando (Rojas Aguilera, 2006).

El principio de convivencia y desarrollo entre los hombres y la naturaleza que nos rodea agrupa muchas preocupaciones trascendentales, como por ejemplo, la acumulación de residuos sólidos domiciliarios, que no solo produce un impacto sobre el paisaje, sino que además, provoca contaminación de suelo, agua y aire, lo que conlleva al brote de graves enfermedades, como la hepatitis, tifus entre otras.

Como una alternativa al tratamiento de la basura doméstica se ha definido la transformación de esta en abonos orgánicos, en tal virtud (Atlas & Bartha, 2002) manifiesta: “la fabricación de abonos orgánicos a partir de basura orgánica parece ofrecer una alternativa atractiva a los vertederos para la descomposición de residuos sólidos domésticos y agrícolas. Comparado con otros métodos de eliminación alternativos, la fabricación de abonos orgánicos tiene ventajas ambientales considerables”.

El crecimiento en los niveles de vida de las personas es directamente proporcional al aumento de su generación de residuos. De este universo, solo el 4% tiene ingresos altos, la mitad de la población ingresos medios, lo que implica una mayor complejidad en la gestión de los residuos sólidos que se producen, con el agravante, de que no se dispone de un área en su demarcación territorial para la disposición final de los mismos (Francisco & Rodríguez, 2010).

Los residuos orgánicos son elementos aptos para convertirlos en abonos útiles para el suelo cultivable, pues, éste va perdiendo cualidades productivas por las continuas cosechas y los niveles de extracción de nutrientes que realizan los cultivos, sin que se efectúen aplicaciones de elementos nutrimentales que repongan los mismos, provocando deterioro en la fertilidad de los suelos y en el equilibrio de éste con las plantas, todo lo cual evidencia la necesidad de buscar variantes de producción de compost de alta calidad y en cantidades que satisfagan las demandas en todas las regiones del país (Pérez, Baker, Garriga, Chávez, & Basulto, 2010).

Los abonos orgánicos mejor conocidos son el compost y el vermicompost. En el proceso de compostaje acontece la transformación microbiana de la materia orgánica bajo condiciones controladas: en los primeros días ocurre un ligero incremento de la temperatura que va de 20 a 45ºC, producto de la descomposición de azúcares (fase mesofílica), que puede alcanzar posteriormente temperaturas de 55 a 70ºC (fase termofílica) durante la degradación de la celulosa, en la que ocurre la disminución de la población microbiana. Una vez transcurrida ésta fase se da inicio al proceso de maduración del compost, donde al disminuir la temperatura, ocurre la recolonización por microorganismos que pueden ser antagónicos a organismos fitopatógenos ( (Bollen, 1993), (Paul & Clark , 1996), (Hoitink, Stone , & Han, 1997), (Atlas & Bartha, 2002), (Diánez, Santos , & Tello , 2007)). En esta fase, los remanentes orgánicos son degradados a una tasa más lenta (Gómez-Brandón, Lazcano, & Domínguez, 2008).

La estabilidad y la madurez del compost han sido estudiadas como factores influyentes en la supresividad de enfermedades. La estabilidad está relacionada con el grado de descomposición de la materia orgánica y puede ser expresada como una función de la actividad microbiana en el compost, que se evalúa por pruebas respirométricas (Chen & Inbar, 1993), (Wu L., 2000), (Adani F., 2006). La madurez se refiere al grado de descomposición de los compuestos fitotóxicos orgánicos producidos durante la fase de composteo y se evalúa a través de bioensayos con plantas indicadoras (Wu L., 2000), (CCREF, 2001), (Gómez-Brandón, Lazcano, & Domínguez, 2008).

La población de bacterias constituye el grupo de organismos más pequeños y más numerosos, además de ser las primeras en comenzar la descomposición de la materia orgánica, a decir de (Bejarano, 2005)los hongos se encuentran en menor número en relación con las bacterias y los actinomicetos, pero con mayor masa. Los actinomicetos son especialmente importantes en la formación del humus, y funcionan como antagonistas de muchas bacterias y hongos patógenos de las plantas, debido a que producen antibióticos (efectos biostáticos y biocidas); éstos benefician el crecimiento y la actividad de algunos fijadores de nitrógeno como Azotobacter y de las micorrizas.

Residuos Sólidos Domiciliarios (RSD)

En la actualidad, el interés relacionado con la protección del ambiente ha tenido su origen en los problemas del deterioro de los recursos naturales, experimentados en los países económicamente desarrollados y que poseen una elevada capacidad de producción agrícola e industrial, además del crecimiento poblacional. La concentración de las actividades económicas en las grandes ciudades, es un factor preponderante en la generación de riesgos potenciales al ambiente, que pueden originar trastornos de carácter orgánico, fisiológico o social (Escamirosa, 1995).

Por otra parte, en las reurbanizaciones actuales se ha detectado que los efectos de los problemas urbanos se envían hacia zonas rurales, por lo que la cadena de los problemas ambientales sigue latente. En nuestro conocimiento poblacional no se ha tenido el cuidado de prevenir ni controlar la contaminación, esta actitud ha llevado a la modificación de las condiciones de nuestro ambiente.

Los residuos sólidos presentan una composición muy variada, siendo los más comunes, los urbanos (RSU), procedentes de la recolección domiciliaria de basura, limpieza de calles, residuos industriales del casco urbano, escombros (López-Vera, 1991). Su origen los hace extraordinariamente heterogéneos y contienen materias orgánicas como, papel y cartón, plásticos, vidrio, textiles, metales, escorias y cenizas. En las sociedades actuales, los residuos sólidos urbanos llamados comúnmente “basura”, han tomado considerable importancia debido a la gran cantidad que se genera a diario y a la diversidad de su composición. Este fenómeno se produce fundamentalmente, por la explosión demográfica y la industrialización de los productos de consumo, cuyo desecho está considerado como desagradable, estorbosa e inútil y nos convoca a deshacernos de ella sin importar los mecanismos (Escamirosa, 2001).

Abono Orgánico

La constante disminución de materia orgánica en suelos sometidos a prácticas agrícolas ha incrementado la necesidad de incorporación de fertilizantes y/o enmiendas orgánicas (García, Hernández , & Costa , 1991). Una práctica ampliamente difundida, en especial en los países de la Unión Europea, es la incorporación de material orgánico compostado, producido a partir de residuos sólidos urbanos, residuos agrícolas y lodos de depuración de aguas residuales urbanas.

Los abonos orgánicos han sido catalogados principalmente, como enmiendas o mejoradores de suelo. Según (Puertas, 2009), las enmiendas orgánicas pueden, además, controlar patógenos del suelo. Con su adición aumentan considerablemente, el número de nematodos saprófitos y depredadores, hongos atrapadores y otros enemigos naturales de los nemátodos fitoparásitos, lo cual reduce los niveles de infestación de forma satisfactoria. La mayor dificultad para su empleo radica en la variabilidad de los materiales que se utilizan en su preparación, de lo cual dependen los microorganismos que intervienen en el proceso de descomposición y que determinan la efectividad en el control.

La característica de los abonos orgánicos para impedir el desarrollo de enfermedades en las plantas se conoce como supresividad. La supresión biológica por medio del compost involucra mecanismos de antagonismo directo como la competencia, la antibiosis y el hiperparasitismo, así como mecanismos no antagónicos tales como la resistencia sistémica inducida en las plantas. Rodríguez (2012) señala que “la utilización de abonos orgánicos (AO) de diversos orígenes, como los compost obtenidos a partir de RSU son materiales comúnmente utilizados para elevar la fertilidad de los suelos y mejorar los rendimientos agrícolas”.

Composición y beneficios de la ceniza volcánica

Las cenizas volcánicas se forman a partir de la fragmentación del magma y de materiales en el cono del volcán provenientes de erupciones anteriores ( (Wohletz & Krinsley, 1982), (Büttner, 1999)). Según (Quantin, 1986) señala que los suelos de cenizas volcánicas representan aproximadamente el 0,84% de los suelos a nivel global y se localizan predominantemente en regiones tropicales.

La ceniza volcánica presenta reacción medianamente ácida a neutra, levemente variable según el lugar de recolección, pero con baja capacidad buffer o de amortiguación de pH (Cremona, 2013). Esto indica que, agregadas al suelo que en la región en general posee un pH cercano a la neutralidad y una buena capacidad de amortiguación, no se espera que produzcan efectos en la reacción del mismo. La conductividad eléctrica de la suspensión de las cenizas en agua es baja, de acuerdo a la escala utilizada para la calificación de suelos en relación al contenido de sales. Es por esto que se espera que al incorporarse las mismas al suelo no produzcan salinización.

Beneficios del carbono y el nitrógeno en el suelo

Carbono

El contenido de carbono orgánico (CO) del suelo es dinámico y refleja la historia del balance entre las tasas de acumulación y las de su mineralización, el cual es afectado por las labranzas y la secuencia de cultivos y la fertilización (aporte de C de los residuos) (Gregroich & Janzen, 1996). Cuanto más intenso y agresivo sea el laboreo, mayor será la disminución del nivel de CO2 en el suelo (Studdert & Echverría, 2000), debido a una mayor tasa de descomposición de los residuos de cosecha y a la exposición a la acción de los microorganismos de fracciones del carbono orgánico (CO) protegidas en los agregados (Gregroich & Janzen, 1996). En cambio, bajo siembra directa (SD), se tiende a aumentar el contenido de CO en la capa superficial del suelo como resultado del menor disturbio, presencia de rastrojos en superficie, mayor contenido de agua, menor temperatura, mayor actividad biológica superficial y menor riesgo de erosión (Blevins & Frye, 1993).

El CO es un componente fundamental del suelo del cual dependen muchas de sus propiedades químicas, físicas y biológicas. Su contenido y propiedades están íntimamente relacionados con las características edafoclimáticas del sitio y afectan directa e indirectamente la estabilidad del sistema de producción, dado su rol como reservorio de nutrientes y en la estabilización de la estructura edáfica. Actualmente, el CO es considerado uno de los atributos más importantes para definir la “calidad del suelo”.

El seguimiento de la variación del contenido de la Materia Orgánica Particulada (MOP) se ha propuesto como un indicador temprano de los cambios producidos en la dinámica del C, por las prácticas de manejo de suelo y de cultivo (Gregroich & Janzen, 1996). Por otro lado, el COP puede indicar el tamaño del compartimiento fácilmente mineralizable de nutrientes, pudiendo ser de gran utilidad para el diagnóstico del potencial de mineralización de N del suelo (Fabrizzi, Morón, & García, 2003).

Nitrógeno

Según (Fernández–Pascual, De María, & De Felipe, 2002), el nitrógeno (N) es después del agua, el principal factor limitante para el desarrollo de los cultivos. Precisamente por esta razón en el periodo entre 1950 y 1990 el uso de fertilizantes nitrogenados se multiplicó por diez, lo cual llevó a un aumento sin precedentes de la productividad en los cereales.

El N es un macronutriente esencial para el óptimo desarrollo de los cultivos puesto que es clave en la síntesis proteica, se requiere en grandes cantidades y contribuye a determinar el rendimiento y la calidad de los granos (Echeverría & Sainz Rozas, 2005).

Las prácticas de manejo (sistema de labranzas, fertilización, rotación de cultivos, entre otras) pueden afectar la fracción activa del N orgánico. El laboreo podría contribuir a la mineralización de N al exponer la materia orgánica ocluida a la descomposición microbiana rompiendo las unidades estructurales del suelo ( (Elliott, 1986), (Beare, Cabrera, Hendrix, & Coleman, 1994), (Franzluebbers & Arshad, 1997), (Mikha & Rice, 2004)). La materia orgánica expuesta también podría estimular el crecimiento microbiano, de ese modo se facilitaría la inmovilización del N, lo que podría llevar a una reducción temporal del N disponible en el suelo.

Beneficios del abono orgánico en el suelo

Uno de los componentes del suelo más sensibles a las alteraciones producidas por su utilización en la producción es la materia orgánica (MO), especialmente sus fracciones más lábiles. Así, el uso indebido de los suelos provoca disminuciones del contenido de MO y, con ello, se altera la capacidad de cumplir con algunas de sus funciones: almacenar y proveer nutrientes, almacenar agua y permitir su circulación y la del aire, mantener una estructura estable y resistir a la erosión (Weil & Magdoff, 2004).

Una de las fracciones más lábiles de la MO es la denominada MOP que es de origen reciente y está constituida por restos vegetales en descomposición y por hifas de hongos, esporas, granos de polen y restos de fauna edáfica. Esta fracción tiene relativamente alta relación C/N y un rápido reciclaje, además puede ser separado fácilmente, por tamizado (Cambardella & Elliott, 1992).

Desempeña un importante rol no sólo para la actividad biológica del suelo, sino también para sus propiedades físicas. Interviene en la agrupación de partículas para formar macro y microagregados y en el proceso de su reciclado. Dicho proceso es crucial dado que determina no sólo la estabilidad de los agregados, sino que también incide sobre el grado de protección física de la MO en función del manejo del suelo (Six, Bossuyt, Denef, & Degryze, 2004). Asimismo, la MO, en general, y sus fracciones lábiles, en particular, tienen una importante participación en la dinámica del N edáfico (Fabrizzi, Morón, & García, 2003) y en la disponibilidad de ese nutriente para los cultivos (Alvarez & Alvarez, 2000).

  • METODOLOGÍA

Se ha aplicado un muestreo no probabilístico, las muestras de ceniza volcánica se obtuvieron del sector de los Pájaros del Cantón Baños. Los residuos domésticos fueron desperdicios de cocina (frutas, verduras) y barridos, según la mezcla de cada tratamiento.
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