UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA Facultad de Ingeniera, Ciencias y Administracin

Departamento de Ciencias Qumicas

ESTUDIO DEL COMPOSTAJE AERBICO COMO ALTERNATIVA PARA LA ESTABILIZACIN DE LODOS PROCEDENTES DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS DE LA

REGIN DEL BO BO

TESIS PARA OPTAR AL GRADO ACADMICO DE MAGISTER EN CIENCIAS DE RECURSOS NATURALES

ANA MARIA CALLEJAS PINTO TEMUCO CHILE

2008

Estudio del compostaje aerbico como alternativa para la estabilizacin de lodos procedentes de una planta de tratamiento de aguas servidas de la Regin del Bo Bo Esta tesis fue preparada bajo la supervisin del Director de Tesis, MSc. ITILIER SALAZAR QUINTANA del departamento de Ciencias Qumicas y ha sido aprobada por los miembros de la comisin examinadora.

ANA MARA CALLEJAS PINTO

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DIRECTOR MSc. ITILIER SALAZAR Q. POSTGRADO EN CIENCIAS DE RECURSOS NATURALES Comisin

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MSc. ARODYS LEPE Z.

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DIRECCIN DE POSTGRADO Dr. RODRIGO NAVIA UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

....

Dr. CRISTIAN BORNHARDT B.

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Dra. MARYSOL ALVEAR Z.

AGRADECIMIENTOS

Al programa de Postgrado en Ciencias de Recursos Naturales, por entregarme las herramientas para ser un mejor profesional. Al proyecto 05-A1-370 INNOVA BIO BIO Tratamiento de lodos orgnicos a partir del uso de mtodos biotecnolgicos que permiti la ejecucin de esta tesis. Agradezco a Don Humberto Miguel, que me abri las puertas de su empresa, a Don Arodys Lepe y Alberto Arrizaga, por la confianza depositada y la oportunidad de participar en este proyecto.

Al todo el personal de Himce Chilln, a Don Roberto, Don Hctor y especialmente a Don Jos. A mi amiga Judith por su apoyo y amistad.

Quiero agradecer a mi profesor gua Mg Sc. Itilier Salazar, por su apoyo, amistad, confianza y paciencia durante estos aos de formacin profesional.

A la Dra. Marysol Alvear y a la Dra. Marcia Zambrano, quienes me entregaron su experiencia y sabios consejos, contribuyendo a mi formacin profesional y humana. Al personal del Departamento de Ciencias Qumicas, secretarias, auxiliares y en especial a Noelia Seplveda y Sra Carmen por su sencillez y cario.

Por ltimo agradezco a mi familia y a todos los que de alguna u otra forma colaboraron en el desarrollo de este trabajo.

RESUMEN

La regin del Bo Bo produce al ao unas 45 mil toneladas de lodos. Estos lodos pueden generar graves problemas ambientales debido a que la elevada cantidad de materia orgnica que poseen (cercano al 65%) es fcilmente putrescible, provocando con esto la atraccin de vectores y la emisin de olores desagradables. Adems, la inadecuada disposicin y manipulacin del lodo puede causar enfermedades infecciosas ya que debido a su procedencia (tratamiento biolgico de las aguas residuales) posee un alto contenido de microorganismos patgenos. Por lo anterior es necesario someter al lodo a un proceso de estabilizacin.

Este trabajo evalu la eficiencia del compostaje a escala industrial en la higienizacin y estabilizacin de lodos secundarios mediante la tcnica de pilas con volteo. Para ello se construyeron dos pilas en distintas pocas del ao. La Pila A fue construida con lodo y aserrn y operada durante el periodo otoo-invierno por 120 das y la Pila D fue construida con lodo y astillas (Relacin C/N de 30/1) y operada durante el periodo primavera verano durante 90 das.

Ambas pilas fueron eficientes en cuanto a la higienizacin y estabilizacin del material. En el caso de la Pila A la higienizacin se logr a los 30 das de iniciado el proceso con total ausencia de coliformes fecales y la estabilizacin a los 60 das con tasas de respiracin de 0,4 mg CO2/g m.s.da y una disminucin en el contenido de slidos voltiles a los 120 das de compostaje de un 28%. En el caso de la Pila D la higienizacin se logr a los 60 das de iniciado el proceso con valores de coliformes fecales de 70 NMP/g, y la estabilizacin tambin a los 60 das con una tasa de respiracin de 0,7 mg CO2 /g m.s. d y una disminucin en el porcentaje de slidos voltiles a los 90 das de compostaje de 37,6%. En ninguno de las dos pilas se consigui la valoracin del material debido a que el proceso de maduracin requiere tiempos mayores a los dados al proceso en este estudio.

Los resultados obtenidos en este estudio confirman que el compostaje es una solucin real al tratamiento de lodos, una vez que el material ha sido higienizado y estabilizado puede ser dispuesto sin peligro en un relleno sanitario cumpliendo con las exigencias normativas y necesidades de la empresa.

ABSTRACT

Bio Bio Region produces 49 thousand tons per year of sewage sludge. This sludge can generate serious environmental problems due to the high quantity of organic mater it has (around 65%) that is easily rotten, causing the attraction of vectors and the emission of unpleasant odors. In addition, inadequate handling and disposal of the sludge can cause infectious diseases because for its origin (biological treatment of wastewater) it has a high content of pathogen microorganisms. Therefore it is necessary to submit the sludge to a process of stabilization

This study evaluated the efficiency of composting at industrial level in the higienization and stabilization of secondary sludge through the technique of windrow turning. For this two piles were built in different times of year. Pile A was built with sludge and sadwust and handled during fall winter for 120 days and Pile D was built with sludge and wood chips (relation C/N = 30/1) and handled during spring summer for 90 days.

Both piles were efficient regarding material higienization and stabilization. In Pile A the higienization was achieved 30 days after the beginning of the process with total absence of fecal coliforms, the stabilization in 60 days with breathing rates of 0.4 mg CO2/g m.s.day and a reduction of 28% in the volatile solid content 120 days after composting. In case of Pile D the higienization was achieved 60 days after the beginning of the process with fecal coliforms rate of 70 NMP/g, the stabilization also in 60 days with breathing rates of 0.7 mg CO2/g m.s.day and a reduction of 37.6% in the volatile solid content 90 days after composting. In neither pile the valuation of material was achieved because the maturity process requires longer times than this study schedule.

The results of the study confirm that composting is a real solution to the sludge treatment, once the material has been higienized and stabilized can be safely disposed in a landfill fulfilling regulatory rules and company requirements.

INDICE DE CONTENIDOS

1. INTRODUCCIN Y OBJETIVOS ......................................................................................1 1.1 Descripcin del Problema .............................................................................. 1

1.2 Objetivos........................................................................................................ 3 1.2.1 Objetivo General ..................................................................................... 3 1.2.2 Objetivos Especficos .............................................................................. 3

2. ANTECEDENTES BIBLIOGRFICOS .............................................................................4 2.1 Generacin de lodos biolgicos..................................................................... 4

2.2 Caractersticas del lodo biolgico .................................................................. 4

2.3 Alternativas de tratamiento y disposicin final ............................................... 5

2.4 Compostaje aerbico..................................................................................... 6 2.4.1 Antecedentes Generales......................................................................... 6

2.4.2 Descripcin del proceso .......................................................................... 7

2.4.3 Tcnicas de compostaje......................................................................... 8 2.4.4 Factores que condicionan el proceso de compostaje............................. 9

Temperatura ................................................................................................. 9

Humedad ...................................................................................................... 9

pH ............................................................................................................... 10

Aireacin..................................................................................................... 10

Relacin Carbono/Nitrgeno ...................................................................... 10

Tamao de partcula................................................................................... 11

2.5 Compostaje de lodos ................................................................................... 11 2.5.1 Antecedentes generales........................................................................ 11

Higienizacin .............................................................................................. 12

Estabilizacin.............................................................................................. 13

Madurez...................................................................................................... 13

Valorizacin ................................................................................................ 14

3. MATERIALES Y MTODOS ...........................................................................................15 3.1 Materiales .................................................................................................... 15

3.1.1 Lodo Biolgico....................................................................................... 15

3.1.2 Material Estructurante ........................................................................... 15

3.2 Metodologa experimental............................................................................ 15

3.2.2. Caracterizacin de lodo biolgico......................................................... 15

3.2.3 Caracterizacin material estructurante.................................................. 15

3.2.4 Diseo y construccin de pilas de compostaje...................................... 15 3.2.5 Manejo y operacin del proceso de compostaje ................................... 16 3.2.6. Variables analizadas ............................................................................ 16

3.2.7 Protocolo de muestreo .......................................................................... 16

3.3 Metodologa analtica................................................................................... 18

3.3.1 Slidos totales y humedad .................................................................... 18

3.3.2 Materia orgnica (Slidos Voltiles) ...................................................... 18 3.3.3 Carbono orgnico total .......................................................................... 19

3.3.4 Carbono soluble en agua ...................................................................... 19

3.3.5 Carbono biomsico ............................................................................... 19

3.3.6 Evolucin de CO2 .................................................................................. 20

3.3.7 Ensayos de fitotoxicidad........................................................................ 21

3.3.8 Espectroscopia infra-roja con transformada de Fourier......................... 21 3.3.9 Determinacin de otros parmetros ...................................................... 22

3.3.10 Anlisis estadstico.............................................................................. 22

4. RESULTADOS Y DISCUSIN........................................................................................23 4.1 Caracterizacin de lodo biolgico ................................................................ 23

4.2 Caracterizacin material estructurante ........................................................ 27

4.3 Diseo y construccin de las pilas de compostaje....................................... 29 4.4 Evolucin de parmetros Pila A................................................................... 30

4.4.1 Temperatura.......................................................................................... 30

4.4.2 Humedad y Slidos totales.................................................................... 31

4.4.3 pH.......................................................................................................... 32

4.4.4 Higienizacin......................................................................................... 33

4.4.5 Estabilizacin ........................................................................................ 34

4.4.6 Madurez ................................................................................................ 37

4.4.7 Evaluacin del proceso de compostaje mediante FT IR ....................... 41 4.5 Evolucin de parmetros Pila D................................................................... 43

4.5.1 Temperatura.......................................................................................... 44

4.5.2 Humedad y Slidos totales.................................................................... 45

4.5.3 pH.......................................................................................................... 46

4.5.4 Higienizacin......................................................................................... 47

4.5.5 Estabilizacin ........................................................................................ 48

4.5.6 Madurez ................................................................................................ 51

4.5.7 Evaluacin del proceso de compostaje mediante FT-IR ....................... 55

5. CONCLUSIONES.............................................................................................................58

NOMENCLATURA...............................................................................................................60

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................................61

ANEXOS...............................................................................................................................72

INDICE DE TABLAS

Tabla 4- 1. Caracterizacin fisicoqumica del lodo..............................................................23

Tabla 4- 2. Contenido de fibra, grasas y protenas en el lodo ............................................25

Tabla 4- 3. Contenido de metales pesados en el lodo........................................................26

Tabla 4- 4. Anlisis microbiolgico del lodo ........................................................................27

Tabla 4- 5. Caracterizacin fisicoqumica material estructurante .......................................28

Tabla 4- 6. Tamao partculas material estructurante ........................................................28

Tabla 4- 7. Base de clculo para estimacin de volmenes de mezcla.............................29

Tabla 4- 8. Volmenes estimados para mezcla con relacin C/N de 30/1.........................29

Tabla 4- 9. Anlisis microbiolgico muestras Pila A ...........................................................34

Tabla 4- 10. Anlisis microbiolgico muestras Pila D .........................................................47

INDICE DE FIGURAS

Figura 4- 1. Lodo proveniente de la PTAS de Chilln ........................................................23

Figura 4- 2. Espectro infra-rojo para muestra de lodo biolgico ........................................24

Figura 4- 3. Materiales utilizados como estructurante a) aserrn; b) astillas......................27

Figura 4- 4. Evolucin de la temperatura en la Pila A durante el proceso de compostaje 30

Figura 4- 5. Cambios de humedad y slidos totales del lodo y Pila A en diferentes tiempos del proceso de compostaje.. .........................................................................31

Figura 4- 6. Evolucin de pH en el proceso de compostaje de la Pila A en funcin del tiempo. . ...........................................................................................................33

Figura 4- 7. Tasa de produccin de CO2 durante el proceso de compostaje Pila A a diferentes tiempos del proceso de compostaje.. ............................................35

Figura 4- 8. Cuociente metablico (qCO2) de la Pila A, a diferentes tiempos de compostaje. . ...................................................................................................36

Figura 4- 9. Cambios en el porcentaje de slidos voltiles en la Pila A como una funcin del tiempo.. ......................................................................................................37

Figura 4- 10. Cambios en la concentracin de amonio y nitrato durante el proceso de compostaje de la Pila A como una funcin del tiempo ...................................38

Figura 4- 11. Cambios en la concentracin de carbono soluble en agua para la Pila A durante el proceso de compostaje.. ................................................................39

Figura 4- 12. ndice de germinacin de semillas de rbano para extractos de compost de la Pila A como una funcin del tiempo............................................................40

Figura 4- 13. Espectro infra-rojo para proceso de compostaje Pila A................................41

Figura 4- 14. Evolucin de la temperatura en la Pila D durante el proceso de compostaje como una funcin del tiempo. ........................................................................44

Figura 4- 15. Variacin de humedad y slidos totales en Pila D durante proceso de compostaje en funcin del tiempo. ................................................................45

Figura 4- 16. Evolucin de pH en el proceso de compostaje de la Pila A como una funcin del tiempo. ......................................................................................................48

Figura 4- 17. Tasa de produccin de CO2 durante el proceso de compostaje Pila D a diferentes tiempos del proceso de compostaje.. ............................................50

Figura 4- 18. Cuociente metablico (qCO2) de la Pila D, a diferentes tiempos de compostaje. .....................................................................................................51

Figura 4- 19. Cambios en el porcentaje de slidos voltiles en la Pila D como una funcin del tiempo.. ......................................................................................................52

Figura 4- 20. Cambios en la concentracin de amonio y nitrato durante el proceso de compostaje de la Pila D como una funcin del tiempo...................................53

Figura 4- 21. Cambios en la concentracin de carbono soluble en agua para la Pila D durante el proceso de compostaje.. ................................................................54

Figura 4- 22. ndice de germinacin de semillas de rbano de la Pila D, a diferentes tiempos del proceso de compostaje.. .............................................................55

Figura 4- 23. Espectro infra-rojo para proceso de compostaje Pila D. ..............................58

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1. INTRODUCCIN Y OBJETIVOS 1.1 Descripcin del Problema Desde el ao 2000, con la publicacin del D.S 90 que regula la Emisin de Residuos Lquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales, se aceler en nuestro pas, el proceso de construccin de plantas de tratamiento de aguas servidas, esperndose que la cobertura en el tratamiento de las aguas servidas sea de un 100% para el ao 2010. El incremento en el tratamiento de las aguas ha generado como consecuencia un aumento en las cantidades de lodo producido, creando la necesidad de manejar adecuadamente este subproducto para alterar lo menos posible el ambiente.

En este contexto, la regin del Bo Bo destaca por tener una gran cantidad de plantas de tratamiento de aguas servidas funcionando, en su mayora con tecnologa de lodos activados produciendo unas 49 mil ton/ao de lodos.

Los lodos, materiales desconocidos hasta ahora en el pas, estn provocando serios problemas a las empresas generadoras, dadas sus caractersticas, entre ellas el alto contenido de humedad (85-87%) que dificulta su manejo y eleva los costos de transporte; la presencia de microorganismos patgenos que pueden causar problemas de salud pblica (enfermedades entricas); su contenido en materia orgnica fcilmente putrescible que puede atraer vectores y generar olores desagradables.

Hoy en da, la mayor parte de los lodos, estn siendo dispuestos o acumulados sin un tratamiento previo de estabilizacin, esto porque eleva considerablemente los costos operacionales de la planta y con ello las tarifas del servicio. La solucin tcnica y socialmente aceptada, en estos momentos, es disponerlos en rellenos sanitarios, con lo que se aumentan los impactos que tienen per se la operacin de estos recintos, tales como la generacin de lixiviados y produccin de gases, sin contar adems que, con los grandes volmenes de lodos que se generan se est disminuyendo la vida til de los rellenos sanitarios en operacin.

En la actualidad, la gestin adecuada de los lodos se complica, entre otras cosas, por la falta de un marco normativo; el reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamientos de aguas servidas aun no ha sido promulgado, puesto que, desde su elaboracin no ha dejado de ser discutido y reformulado. Una vez promulgado, exigir a las empresas sanitarias contar con un plan de manejo de lodos; estos podrn ser dispuestos en rellenos sanitarios o bien aplicados en suelos para lo cual deben cumplir

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con ciertos requisitos, entre ellos, ser parcial o completamente higienizado y adems, debe ser estabilizado.

La estabilizacin del lodo se lleva a cabo para reducir la presencia de patgenos, eliminar los olores desagradables, e inhibir, reducir o eliminar su potencial de putrefaccin. Entre las tecnologas disponibles para ello encontramos el compostaje, el cual es un proceso biolgico aerobio, que bajo condiciones de aireacin y humedad controladas, transforma los residuos orgnicos en un producto estable e higienizado, utilizable como abono, sustrato o enmienda de suelos.

Este proyecto tuvo por finalidad estudiar la estabilizacin de lodo biolgico proveniente de una planta de tratamiento de aguas servidas de la Regin del Bo Bo, mediante compostaje aerbico a escala industrial, evaluando especialmente la eficiencia del proceso en cuanto a la higienizacin como resultado de la relacin tiempo - temperatura, la estabilizacin final del lodo y su fitotoxicidad para utilizacin benfica.

Los resultados del estudio realizado pueden significar una alternativa de solucin real al tratamiento de lodos. Dado que en pocos aos el problema de la disposicin de lodos y su estabilizacin ser un tema no slo concerniente a las empresas sanitarias, sino ms bien, un tema de carcter pblico, el tratamiento o aprovechamiento ambientalmente sustentable de estos residuos tendr un mercado creciente.

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1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General Evaluar la eficiencia del proceso de compostaje en la higienizacin y estabilizacin de lodos secundarios mediante la tcnica de pilas con volteo a escala industrial.

1.2.2 Objetivos Especficos

1. Validar las condiciones ptimas de operacin para la realizacin del compostaje, a travs de la evolucin de parmetros qumicos, fsicos y microbiolgicos.

2. Evaluar el grado de higienizacin durante la evolucin del proceso de compostaje.

3. Evaluar el grado de estabilizacin de lodo secundario durante la evolucin del proceso de compostaje.

4. Evaluar la fitotoxicidad del lodo en proceso de estabilizacin analizando su grado de madurez.

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2. ANTECEDENTES BIBLIOGRFICOS 2.1 Generacin de lodos biolgicos

El lodo es un subproducto del proceso de tratamiento de las aguas residuales. Se produce tanto en los procesos de tratamientos primarios como secundarios. Los lodos biolgicos provienen del tratamiento secundario de las aguas residuales domiciliarias y son principalmente biomasa en exceso producida en los procesos biolgicos y material mineral en suspensin (Poirrier y Chamy, 1996; Ramalho, 1993). En nuestro pas la tecnologa de tratamiento secundario ms utilizada es el sistema de lodos activados (Baraao y Tapia, 2004). De acuerdo a datos entregados por ESSBIO, la Regin del Bo Bo tiene en funcionamiento un gran nmero de plantas de tratamiento de aguas servidas, alcanzando una cobertura de 92% en el tratamiento y generando alrededor de 49 mil toneladas de lodo al ao.

Si bien, la cantidad de lodos generados depende de diversos factores, incluyendo el volumen de agua tratada y la carga contaminante que posea, adems del tratamiento por el cul el agua es depurada, una tasa media de produccin de lodos de 25 g /hab-da expresada en base seca es una buena aproximacin para nuestro pas(Lepe y Coronado, 2003).

2.2 Caractersticas del lodo biolgico

El lodo es un compuesto orgnico que puede ser slido, semislido o lquido. Tiene un contenido de slidos que varia entre 0,25 y el 12% en peso y est formado por: (1) las sustancias responsables del carcter desagradable de las aguas residuales no tratadas, (2) gran parte de la materia orgnica presente en el agua residual y que aunque en forma diferente a la original, tambin est sujeta a procesos de descomposicin que la pueden hacer indeseable, y (3) slo una pequea fraccin del lodo est compuesta por materia slida (Metcalf y Eddy, 1995). Si bien la cantidad y composicin de los lodos dependen del origen, cantidad y caractersticas de las aguas residuales que recibe a la Planta de Tratamiento, es posible suponer ciertos rangos de concentracin para los componentes de los lodos, a pesar de que estos varan en cantidad y proporcin de acuerdo a la realidad geogrfica y sanitaria que representan (Lepe y Coronado, 2003; Martnez, 1995).

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En general, los lodos estn constituidos, principalmente, por los elementos que componen el efluente, los aditivos qumicos usados en el proceso y la masa bacteriana que participa en el tratamiento. Poseen una humedad cercana al 80%, altos contenidos de materia orgnica, cercanos al 65%, e importantes niveles de macro y micronutrientes; mientras la materia orgnica sirve como acondicionador de suelos, los macro y micronutrientes sirven como fuente de nutrientes para las plantas (Singh y Agrawal, 2008). Sin embargo, estos aspectos positivos deben balancearse con algunos factores de restriccin, como la presencia de microorganismos patgenos, concentraciones indeseables de elementos metlicos traza y la posible presencia de compuestos orgnicos persistentes potencialmente txicos que no han sido estudiados en el pas (Gonzlez, 2005; Martnez, 1995). Cualquiera que sea el destino final de los lodos, estos debern someterse a algn proceso de estabilizacin para minimizar los riesgos sanitarios. Esto tiene relacin con disminuir la humedad, reducir el potencial de atraccin de vectores y reducir o eliminar el contenido de microorganismos patgenos. La cantidad de lodo generada debe ser manejada responsablemente en las distintas plantas de tratamiento, para ello es vital conocer su composicin qumica, fsica y bacteriolgica, con el fin de realizar una gestin adecuada (Arata, 2005).

2.3 Alternativas de tratamiento y disposicin final

La eficiencia de una planta de tratamiento de aguas servidas esta dada por la calidad del agua que produce, por esta razn, el tratamiento suele estar centrado exclusivamente en el agua, no considerando el impacto de los lodos sobre el medio ambiente o incluso sobre los costos de gestin de la planta, el tratamiento y la disposicin final de lodos generados en el proceso de depuracin. Estas actividades, segn Glynn y Gary (1999), tienen que ver con menos del 1% del volumen total de agua tratada, sin embargo consumen hasta el 50% de los costos de capital y operacin. No obstante, la eficiencia de la planta slo puede mantenerse en el tiempo si se extraen de la corriente de agua los lodos producidos al ritmo adecuado, si la planta no dispone eficientemente su lodo y lo acumula, tendr problemas en la corriente de lodos y por ende un efecto directo en la lnea de agua afectando la calidad de esta ltima.

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Por lo anterior los lodos deben ser sometidos a procesos de acondicionamiento que permitan estabilizar la materia orgnica, reducir al mximo los riesgos sanitarios y disminuir su contenido de humedad. Esto con el fin de prevenir la generacin de olores, la atraccin de vectores, reducir su volumen para facilitar su manejo y disminuir los costos de transporte (Toro, 2005). Dentro de la lnea de lodos existen variados procesos de tratamiento que se combinan para obtener un producto apto para su disposicin final. Estos procesos estn enfocados a dos aspectos fundamentales: (1) reduccin de volumen y peso mediante la eliminacin de agua, para ello los principales mtodos empleados son el espesamiento, desaguado y secado; (2) reduccin del poder de fermentacin o estabilizacin que consiste en reducir la actividad biolgica contenida en el lodo as como el contenido de microorganismos patgenos causantes de enfermedades, algunos mtodos para ello son la estabilizacin con cal, tratamiento trmico, digestin anaerobia, digestin aerobia y compostaje (Metcalf y Eddy, 1995; Oropeza, 2006). La seleccin del sistema de tratamiento depende de factores como: el costo del tratamiento, las caractersticas del lodo y sus requerimientos finales segn sea la alternativa de eliminacin que se les quiera dar.

Una va de disposicin de lodos es el traslado a rellenos sanitarios autorizados, o bien, en monorellenos (instalaciones que reciben exclusivamente lodos), la otra va es el reciclaje, a travs de su aplicacin en suelos.

Si la opcin es el reciclaje, el lodo puede ser tratado por digestin anaerbica o bien por compostaje. De estas dos alternativas el compostaje destaca por ser un tratamiento ambientalmente amigable, de bajo costo, que convierte la porcin orgnica activa de los residuos en un producto estabilizado, que puede ser usado como fuente de nutrientes para el crecimiento de plantas o como acondicionador de suelos mejorando las propiedades fsicas (Huang et al, 2006).

2.4 Compostaje aerbico 2.4.1 Antecedentes Generales El compostaje se define como un proceso de degradacin microbiana aerbico de residuos ricos en materia orgnica, efectuado por distintas poblaciones de microorganismos que entrega un producto final estabilizado, higinico, libre de olores y

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sin microorganismos patgenos, rico en sustancias hmicas, fcil de almacenar y comercializar como enmienda orgnica, abono o sustrato (Grube et al, 2006). Durante el compostaje parte de la materia orgnica es mineralizada generando dixido de carbono, agua y calor, mientras que la otra parte es transformada en sustancias hmicas que son estructuralmente muy similares a las presentes en el suelo (Zbytniewski y Buszewski, 2005). El compostaje es esencialmente un proceso microbiolgico que depende, altamente, de las fluctuaciones de la temperatura en la pila. La temperatura dentro de la masa de compostaje determina la velocidad a la que muchos de los procesos biolgicos toman lugar y juegan un rol selectivo en la evolucin y sucesin de las comunidades microbianas (Abdennaucer et al, 2001). En el proceso de compostaje se distinguen dos fases. Una primera fase o fase activa, dada principalmente por el desarrollo de reacciones de degradacin, la materia orgnica disuelta es utilizada como fuente de carbono y energa por los microorganismos para su metabolismo, est caracterizada por una intensa actividad microbiana y altas temperaturas, lo que conlleva una rpida descomposicin de la materia orgnica y asegura la estabilidad del material. La segunda fase o fase de maduracin, comienza cuando el suministro de materia orgnica fcilmente disponible es limitante, esta fase se caracteriza por un lento proceso de mineralizacin y humificacin (Tognetti et al, 2007 a), Tremier et al, 2005).

2.4.2 Descripcin del proceso

En una pila de compostaje se distinguen dos zonas, una zona central o ncleo que es la que concentra los cambio trmicos ms evidentes, y la zona de la corteza, que rodea al ncleo y cuyo espesor depende de la compactacin del material (Stern y Pravia, 1999). Los procesos que se llevan a cabo en el ncleo, no alcanzan la totalidad del volumen de la zona de la corteza. De acuerdo a las temperaturas alcanzadas en el ncleo de la pila, podemos diferenciar algunas fases (Figura 2-1). Una primera fase mesfila, con temperaturas entre los 10-40C, caracterizada por la actividad y crecimiento de organismos mesfilos, una alta concentracin de materia orgnica fcilmente biodegradable que propicia una intensa actividad microbiana y un rpido aumento en la temperatura de la pila. La prxima etapa denominada fase termfila con temperaturas que van entre los 40-70C, se caracteriza por que el proceso de degradacin es llevado a

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cabo por organismos termfilos, debido a que el crecimiento y actividad de organismos que no son termotolerantes es inhibido, esta fase es particularmente importante ya que las altas temperaturas eliminan microorganismos patgenos existentes en la masa en compostaje. Con el agotamiento de los nutrientes comienza el descenso de temperatura, caracterizado por el desarrollo de una nueva comunidad mesfila, que utilizar como nutrientes materiales ms resistentes a la biodegradacin como la celulosa y lignina. Por ltimo en la etapa de maduracin, los procesos de humificacin de la materia orgnica ocurren a temperatura ambiente (Dignac et al, 2005; Steger, 2003).

Figura 2- 1 Evolucin de la temperatura durante el proceso de compostaje aerbico

La duracin de cada una de las fases depende de la naturaleza de los materiales y del control que se tenga del proceso, siendo fundamental la aireacin y humedad.

2.4.3 Tcnicas de compostaje Para llevar a cabo el proceso de compostaje existen variadas tcnicas las que se ajustan a diferentes necesidades; la eleccin de una tcnica u otra depende, entre otras cosas, de la cantidad y tipo de material a procesar, inversin, disponibilidad de terreno, complejidad operacional y del producto final que se quiere obtener (INTEC, 1999). Los distintos sistemas estn determinados por los mecanismos de aireacin que se utilizan en el proceso, generalmente los podemos agrupar en: aireacin pasiva, aireacin forzada, y aireacin por volteos del material.

Compostaje en pilas estticas: se forman pilas de reducida altura, que se dejan sin movimiento, ventilndose naturalmente por un proceso de conveccin trmica natural (Ecoamrica, 2001).

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Compostaje en pilas estticas aireadas: consiste en airear de manera forzada la materia que se est compostando. La pila se construye sobre una red de tuberas, donde se suministra o extrae aire frecuentemente para proporcionar un medio aerbico. (INTEC, 1999). Compostaje en pilas de volteo: este sistema de compostaje es el ms utilizado, y considera el volteo manual o mecnico. En este mtodo se amontona el material, se mezcla y voltea peridicamente, evitando as la compactacin y entregando oxgeno al sistema (INTEC, 1999).

2.4.4 Factores que condicionan el proceso de compostaje Considerando que el proceso de compostaje es fundamentalmente biolgico, todos los factores que influyen, directa o indirectamente, en el metabolismo microbiano le afectan. Los principales factores en el control de un proceso de compostaje incluye parmetros ambientales (temperatura, contenido de humedad, pH, aireacin), y parmetros relacionados con la naturaleza del sustrato (relacin C/N, tamao de partcula, contenido de nutrientes, porosidad del material). Todos ellos, en mayor o menor grado, afectan el crecimiento microbiano y por ende, determinan la velocidad y eficiencia del proceso (Gea et al, 2007; Yamada y Kawase, 2006; Kulcu y Yaldiz, 2007).

Temperatura La temperatura es un parmetro til para seguir la evolucin del proceso de compostaje, ya que se obtiene de forma instantnea, adems, determina la eficiencia del proceso debido a su influencia en la actividad y diversidad de los microorganismos involucrados (Miyatake y Iwabuchi, 2006). Una disminucin de la temperatura es indicador de una disminucin en la actividad microbiana por falta de aireacin, deficiencia de agua o de disponibilidad de nutrientes. Por el contrario, un aumento de temperatura refleja una ptima actividad microbiana (Baeta-Hall et al, 2002; Qiao y Ho, 1997).

Humedad El contenido de agua juega un rol importante en la regulacin del metabolismo microbiano. El agua funciona como medio para el movimiento de bacterias, ayuda en el transporte de sustratos y nutrientes solubilizados hacia el interior de la clula y facilita la remocin de productos de desechos metablicos (Hogan, 1998).

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La humedad es un parmetro que est estrechamente relacionado con la aireacin, y su valor ideal flucta entre el 40%-60% (Costa et al, 1995). Si la humedad es baja, inhibe la actividad metablica de los microorganismos. Si por el contrario, la humedad es alta, el agua desplaza el aire de los poros producindose zonas con anaerobiosis, limitando el intercambio de oxgeno y aumentando la inestabilidad de la pila (Trois y Polster, 2007).

pH El compostaje puede desarrollarse dentro de un amplio rango de pH, se consideran como ptimos los valores de pH comprendidos entre 5 y 8 (Costa et al, 1995). Los cambios en el pH durante el proceso, se deben a los cambios constantes en la composicin qumica del sustrato. En general, se presenta un descenso en la fase inicial, un aumento en la fase de mxima actividad y luego tiende la estabilizacin en un pH cercano a la neutralidad hacia el final del proceso (Castrilln et al, 2006).

Aireacin El contenido de oxgeno dentro de la pila debera ser del 10-15%, para mantener condiciones aerbicas, regular la temperatura y efectuar una eficiente remocin de calor y CO2 desde la pila de compostaje (Trois y Polster, 2007). El mayor problema con la aireacin es la distribucin no homognea de oxgeno en la pila. Si la dispersin de oxgeno no es homognea o insuficiente, provoca acumulacin de CO2 y condiciones anaerbicas dentro de la pila, por ende produccin de malos olores (Kulcu y Yaldiz, 2007). Por el contrario, un exceso de aireacin puede enfriar la masa compostada reduciendo la actividad metablica de los microorganismos.

Relacin Carbono/Nitrgeno La velocidad de degradacin de la materia orgnica est determinada principalmente por las cantidades relativas de carbono y nitrgeno presentes en la mezcla. El Carbono es utilizado como fuente de energa por los microorganismos, en tanto el Nitrgeno es utilizado para sntesis proteica (Sztern y Pravia, 1999). La relacin C/N puede variar entre un sustrato y otro, pero se ha establecido que una relacin 25:1 a 30:1 es adecuada para un buen desarrollo del proceso de compostaje. Bajo estos valores hay prdidas de nitrgeno por volatilizacin de amoniaco, a relaciones superiores el nitrgeno resulta ser un nutriente limitante, provocando un retardo en el proceso de compostaje (Costa et al, 1995; Haug, 1993).

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La relacin C/N desciende durante el proceso de compostaje independiente de la tcnica de compostaje que se utilice. Una relacin final C/N de 15 es considerada estable para un compost, sin embargo, esta puede estabilizarse mucho antes de terminar el proceso, adems no se puede generalizar, debido a que la relacin C/N final depende de la composicin de los materiales iniciales (Zmora- Nahum et al, 2005).

Tamao de partcula El tamao de partcula tiene un efecto directo en el volumen de macroporos en la pila y sobre la disponibilidad de nutrientes, adems de aportar estructura al material. Un rango de tamao de 2,5 cm a 5,0 cm entregar un volumen ptimo de macroporos entre 30-50% (Tros y Polster, 2007). Partculas muy grandes retardan el proceso de compostaje. Cuando diferentes tipos de residuos orgnicos son compostados, una alta relacin C/N no asegura la prevencin en las prdidas de N como amoniaco. Tambin la forma qumica y el tamao de partcula de la fuente de C, afectan la disponibilidad de C para los microorganismos (Liang et al, 2006).

2.5 Compostaje de lodos 2.5.1 Antecedentes generales

Los lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas servidas son buenos candidatos para el compostaje debido a que su contenido de materia orgnica contiene entre 50% y 70% del total del contenido de slidos.

El alto contenido de humedad de los lodos nos indica que no pueden ser compostados slos y necesitan ser mezclados con materiales secos (tales como aserrn, desechos vegetales, paja) que acten como agente estructurante, absorbiendo la humedad y proporcionando a la masa compostada un adecuado grado de esponjamiento y aireacin (Banegas et al, 2007). La velocidad y duracin del proceso de compostaje depender de la naturaleza de los materiales iniciales y de las condiciones operacionales. El agente estructurante permanecer en el producto final ya que sus velocidades de degradacin son muy lentas. Por consiguiente, la naturaleza del lodo, y adems, el tipo y proporcin del agente estructurante usado para el compostaje influenciarn la velocidad de reaccin del proceso y la calidad del producto final, por eso resulta fundamental la caracterizacin de los materiales a utilizar.

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De acuerdo al Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas (CONAMA, 2007) que an no ha sido promulgado, tratamiento puede ser cualquier proceso destinado a cambiar las caractersticas fsicas, qumicas y/o biolgicas de los lodos, tales como la higienizacin, estabilizacin y valorizacin. Por lo tanto un tratamiento en particular, puede tener uno o ms de estos objetivos. Por otro lado, el reglamento estipula que slo podrn ser dispuestos en rellenos sanitarios lodos clase A o B, estos lodos son aquellos que han reducido su nivel de putrefaccin en un 38% como mnimo, y que se evala a travs del porcentaje de slidos voltiles. Adems en el caso del lodo tipo A, deben tener un contenido de coliformes fecales menor a 1000 Nmero Ms Probable (NMP) por gramo de slidos totales y en el caso del lodo tipo B el contenido de coliformes fecales debe ser menor que 2.000.000 NMP por gramo de slidos totales. Esto quiere decir que para ser llevados a un relleno sanitario los lodos deben ser estabilizados y parcialmente higienizados, por lo tanto, las empresas sanitarias debern someter sus lodos a un proceso de tratamiento.

El tratamiento del lodo utilizando la tcnica del compostaje cumple con los requerimientos del reglamento, las altas temperaturas que se generan ayudan a higienizar el material, adems hay una reduccin importante del volumen de material a disponer, tambin es posible estabilizar y por ltimo es posible valorizar el lodo mediante la obtencin de compost que puede ser utilizado como abono.

Higienizacin

El proceso de compostaje puede, si no es manejado apropiadamente, inducir la proliferacin y dispersin de bacterias y hongos potencialmente patognicos. Entre las bacterias encontradas en el compost encontramos Salmonella, Shigella, Escherechia coli, Enterobacter, Streptococci y Klebsiella, que pueden emerger y causar infecciones por manipulacin del compost o bien por su utilizacin en agricultura (Abdennaceur et al, 2001), este hecho es particularmente importante en el compostaje y manipulacin del lodo, ya que debido a su procedencia (tratamiento biolgico de las aguas residuales) posee un alto contenido de microorganismos patgenos.

Sin embargo, el compostaje tiene la ventaja de que realizando un buen proceso, se produce la esterilizacin de todo el material, tanto por la elevacin de la temperatura como por el antagonismo microbiano (la produccin de antibiticos y parasitismo directo), produccin de cidos orgnicos, amonio y la competencia por los nutrientes, que llegan a

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eliminar los microorganismos patgenos llegados con los residuos compostados (Gabetta, 2004; Wilkinson 2007). La tasa de mortalidad de los microorganismos patgenos est en funcin de la relacin tiempo-temperatura. La mayora de los patgenos son destrudos rpidamente cuando todas las partes de la pila de compost estn sometidas a una temperatura de aproximadamente 55C; solamente unos pocos pueden sobrevivir a temperaturas de 67C durante un corto periodo de tiempo (Tchobanoglous et al, 1994). Estabilizacin

Los factores crticos que determinan la calidad del compost, limitando su utilizacin agrcola son su grado de estabilidad y madurez (Butler et al, 2001). Los conceptos de estabilizacin y madurez de un compost se usan indistintamente, sin embargo, cada una hace referencia a propiedades especficas de este producto.

La estabilidad est referida a la velocidad o grado de descomposicin de la materia orgnica, lo cul est relacionado con el tipo de compuestos orgnicos que quedan y con los formados como consecuencia de la actividad biolgica del material, est directamente relacionada con la actividad microbiana y puede ser evaluada a travs de la velocidad de respiracin, la produccin de dixido de carbono o la evolucin del calor producido (Garca-Gil et al, 2003). No puede ser directamente relacionado con parmetros qumicos como la relacin C/N, pH, y conductividad elctrica porque estos parmetros dependen de la composicin de los materiales iniciales, sin embargo su medicin es de importancia para conocer la evolucin del proceso (Said-Pullicino et al, 2007; Amir et al, 2005). La aplicacin o almacenamiento de compost no estabilizado puede generar problemas como: generacin de malos olores, recalentamiento de la biomasa, produccin de biogs residual, recrecimiento de patgenos y fitotoxicidad (Adani et al, 2006). El trmino bioslidos se utiliza para los lodos que han sido sometidos a un proceso de estabilizacin y pueden potencialmente ser reciclados.

Madurez

La madurez del compost est relacionado, por un lado, con el nivel de sustancias hmicas mayoritariamente producidas en la ltima etapa del proceso, y por otro lado con el grado de descomposicin de sustancias orgnicas fitotxicas producidas durante la fase activa del proceso compostaje (Amir et al, 2005). Si bien, la madurez del compost se ve afectada

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por la relativa estabilidad del material, describe el impacto de otras propiedades qumicas del compost sobre el desarrollo de las plantas. Un compost maduro, presenta una total ausencia de compuestos potencialmente fitotxicos. Por lo tanto, un compost inmaduro, pueden presentar altos contenidos de amonio, cidos orgnicos u otros compuestos hidrosolubles que pueden tener efectos inhibidores sobre la germinacin y el desarrollo radicular de las plantas (Garca-Gil et al, 2003). Por esta razn la madurez del compost puede ser evaluada a travs la relacin amonio-nitrato, concentracin de amonio, concentracin de cidos grasos, compuestos voltiles y algunos bioensayos a travs de plantas o semillas.

As tambin hay autores que han reportado la concentracin de carbono orgnico disuelto como un parmetro de madurez, debido a que sera una medida indirecta de la actividad biolgica y que estara relacionada con la presencia de compuestos fcilmente biodegradables (Castaldi et al, 2005; Zmora-Nahum et al, 2005). El ndice de germinacin, que es una medida de la fitotoxicidad del material, ha sido considerado como una cuantificacin indirecta bastante confiable de la madurez del compost (Goyal et al, 2005). Valorizacin

Cuando el lodo ha sido estabilizado y ha completado su etapa de maduracin, se puede decir que el lodo ha sido valorizado, debido a que pueden ser utilizados benficamente en el mejoramiento de suelos tanto agrcolas como forestales. Los efectos de la aplicacin a suelos, de lodos que han sido valorizados por compostaje son predominantemente fsicos (aumento de porosidad y microagregacin) y estn dados por su riqueza en materia orgnica. Los efectos qumicos y nutricionales dependern de la composicin inicial del lodo, sin embargo, independiente de su composicin, el lodo compostado ofrece una ventaja comparativa con respecto a un fertilizante qumico y es el hecho de que debido a su naturaleza orgnica, los nutrientes son lentamente liberados en el suelo. Adems, estas formas orgnicas son menos solubles en agua, y por lo tanto es menos probable su lixiviacin (Cuevas et al, 2006; Epa, 2000).

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3. MATERIALES Y MTODOS 3.1 Materiales

3.1.1 Lodo Biolgico Se utiliz lodo secundario proveniente de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS) de la ciudad de Chilln. Esta planta cuenta con un tratamiento secundario de lodos activados en su modalidad de aireacin extendida.

3.1.2 Material Estructurante Se utiliz aserrn y astillas de pino, adquirido en aserraderos cercanos a la ciudad.

3.2 Metodologa experimental

3.2.2. Caracterizacin de lodo biolgico En la caracterizacin del lodo se consideraron los siguientes parmetros: pH, humedad, conductividad elctrica, slidos totales (ST), slidos voltiles (SV), carbono total, nitrgeno total, materia orgnica, concentracin de metales pesados y contenido de fibra.

Adems, se analiz el lodo biolgico mediante espectroscopia infra-roja con transformada de Fourier (FT-IR). Por ltimo, se realiz un anlisis microbiolgico del lodo utilizando como indicador el contenido de coliformes fecales.

3.2.3 Caracterizacin material estructurante Para el aserrn y astillas, se determin: humedad, carbono total, nitrgeno total, entre otros.

Tambin se realiz un fraccionamiento fsico por tamao de partcula. Se tomaron 500 g de material estructurante que fue tamizado (4 mm) obtenindose una fraccin fina (FF, 0-4 mm) y una fraccin gruesa (FG, mayor a 4 mm).

3.2.4 Diseo y construccin de pilas de compostaje Una vez realizada la caracterizacin inicial de las materias primas se procedi a preparar mezclas para dar inicio al proceso de compostaje, para ello se realiz un balance de masa previo entre los distintos componentes para lograr una relacin C/N inicial de 30/1, aproximadamente.

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Se construy, con el apoyo de un cargador frontal, 2 pilas de compostaje, la Pila A con dimensiones de 20 m de largo, 4 m de ancho y 2 m de alto, la Pila D con dimensiones de 7m de largo, 4 m de ancho y 2 m de alto, para ambas se utiliz en su operacin la tcnica de pilas por volteo.

La pila A fue construida con lodo y aserrn y monitoreada en periodo otoo-invierno y la pila D fue construida con lodo y astillas en poca primavera-verano.

3.2.5 Manejo y operacin del proceso de compostaje Durante la operacin del proceso de compostaje, las actividades ms importantes correspondieron al volteo y riego de la pila.

El volteo en pilas de gran envergadura como es el caso de este proyecto, se realiz necesariamente con maquinaria, utilizando un cargador frontal.

En el caso de la pila A no existi un criterio de volteo, slo se consider la evolucin de la temperatura. El propsito del volteo es entregar el oxgeno necesario para la respiracin de los microorganismos y para oxidar determinadas molculas orgnicas de la masa en compostaje (Cegarra, 1994), por lo tanto, el criterio a utilizar debiera ser la concentracin de oxgeno en la pila, el que no debera bajar del 10-15%, ya que a niveles inferiores pueden aparecer fenmenos de anaerobiosis que dificultarn la cintica del proceso. Por esta razn para efectuar los volteos de la pila D se midi la concentracin de oxgeno en la pila mediante una sonda para compostaje conectada a un medidor de oxgeno porttil modelo ToxiRAE II.

3.2.6. Variables analizadas Para evaluar la eficiencia del compostaje se tomaron muestras en cada una de las etapas del proceso, analizando parmetros como slidos voltiles, contenido de carbono, nitrgeno, anlisis de coliformes fecales, entre otros. Otro parmetro importante a medir es la temperatura, la que fue registrada en forma diaria.

3.2.7 Protocolo de muestreo La toma de muestras para los respectivos anlisis se realiz de la siguiente forma: se dividi cada pila en tres secciones (6 m cada una) descontando un metro por lado para eliminar las condiciones de borde (Figura 3-1), luego de cada seccin se hicieron 8 cortes aleatorios con pala tratando de llegar hasta el centro de la pila (4 en la parte anterior y 4 en la parte posterior de la pila en forma aleatoria). De cada corte se tom una muestra

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equivalente a 3 paladas que fueron dispuestas en una carretilla, luego se aplic la tcnica del cuarteo, es decir, la muestra compuesta de la carretilla mezclada se dividi en cuatro y se eliminaron 2 de los lados opuestos, luego el material que qued en la carretilla se mezcl y se dividi en cuatro, eliminando nuevamente 2 lados opuestos, y as sucesivamente, hasta obtener la muestra necesaria para los anlisis (Figura 3- 2). Se obtuvieron 3 muestras compuestas de cada seccin de la pila, luego para los anlisis se trabaj en triplicado.

Figura 3- 1 Divisin de la pila para efectos de muestreo.

Figura 3- 2. Tcnica de cuarteo para toma de muestras.

Para la medicin de temperatura se procedi de la misma forma, es decir, se dividi la pila en tres secciones y se tom la temperatura con un termmetro de vara en 8 puntos de la pila (4 puntos en la parte anterior y 4 en la parte posterior).De cada seccin se obtuvo una temperatura promedio considerando los 8 puntos.

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3.3 Metodologa analtica

3.3.1 Slidos totales y humedad Para la determinacin del porcentaje de slidos y humedad se utiliz el mtodo gravimtrico, en que 10 g de lodo o mezcla de compostaje fueron dispuestos en crisoles previamente prepesados y secados a 70 5C hasta masa constante, luego fueron nuevamente pesados. La fraccin remanente corresponde al contenido de slidos totales y la fraccin evaporada al contenido de agua (Sadzawka et al, 2005). El clculo de slidos totales se realiz mediante la siguiente ecuacin:

100(%) =a

bST

donde

ST = contenido de slidos totales, en % en base hmeda

a = masa, en g, de la muestra hmeda

b = masa, en g, de la muestra seca a 70 5C

El clculo de la humedad se realiz mediante la siguiente ecuacin:

100(%) =a

baHd

Donde

=Hd contenido de agua, % en base a muestra hmeda

=a masa, en g, de la muestra hmeda

=b masa, en g, de la muestra seca a 70 5C

3.3.2 Materia orgnica (Slidos Voltiles) Para la determinacin del porcentaje de slidos voltiles (%SV), se utilizaron los ST obtenidos anteriormente (triplicado). Los crisoles fueron puestos en una mufla y se subi lentamente la temperatura hasta los 550C, se mantuvo la temperatura durante 2 horas y luego se baj lentamente hasta llegar a los 200C. Posteriormente fueron retirados y transferidos a un desecador, donde se dejaron enfriar para posteriormente ser pesados.

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El clculo del porcentaje (%) de SV se realiz mediante la siguiente ecuacin:

[ ] 100(%) =

a

banicaMateriaOrg

Donde:

=a masa, en g, de la muestra seca a 70 5C, antes de la calcinacin =b masa, en g, de la muestra calcinada a 550 C

3.3.3 Carbono orgnico total

Se consider que la materia orgnica del compost tiene, en promedio, un 56% de carbono. Por lo tanto, para obtener el contenido de carbono orgnico de una muestra se dividi por 1,8 el contenido de materia orgnica (Sadzawka et al, 2005).

3.3.4 Carbono soluble en agua El carbono soluble en agua se determin mediante el mtodo descrito por Castaldi et al. (2005), en que 20 g de muestra seca fueron extractados con agua destilada (relacin 1:10) siendo agitados por 24 h. Los extractos fueron centrifugados y filtrados en papel Whatman 42. La concentracin de C soluble en agua fue determinada por oxidacin con dicromato de potasio.

3.3.5 Carbono biomsico El principio del mtodo se basa en que la fumigacin con cloroformo, mata y lisa las clulas microbianas presentes en la muestra de compost, con lo cual se libera el citoplasma en el ambiente de la mezcla. Cuando se descuenta la biomasa de los controles no fumigados, se asume que la materia orgnica mineralizada es proporcional a la biomasa existente en la muestra antes de la incubacin (Alef y Nannipieri, 1998). Fumigacin: Se pesaron 12 g de compost en un envase de vidrio, el cual se coloc en un desecador. Se agregaron 2 mL de cloroformo a la muestra y aproximadamente 20 mL a un envase vaco dentro del desecador. Se dej reposar a la oscuridad por 48 h. Extraccin: Se dejaron las muestras fumigadas bajo campana por algunos minutos y se agregaron 25 mL de K2SO4 0,25 M. Se agit por 30 min a 200 rpm, y luego se filtr la

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suspensin con un filtro 5B. Aparte se pes 12 g de muestra sin fumigar, realizndose en paralelo el mismo procedimiento anterior.

Clculo del Carbono Biomsico: Se midi el volumen del filtrado. Se aadieron 12 mL de K2Cr2O7 0,5 N y 13 mL de H2SO4 98% bajo campana. Se dej enfriar y se agreg agua destilada hasta completar 100 mL en relacin al volumen del filtrado. Se ley transmitancia a 600 nm, se convirti en absorbancia y se grafic una curva de calibracin de mg de C versus absorbancia. El carbono biomsico (mg C [kg m.s.]-1) se calcul de acuerdo a la siguiente ecuacin:

....

..

sm

mCsm

mCC fnfBio =

Donde,

fmC= masa de C en muestras fumigadas (mg)

.. fnmC= masa de C en muestras no fumigadas (mg)

sm. = masa de la muestra en base seca (kg)

3.3.6 Evolucin de CO2 La determinacin de la actividad respiratoria se realiz mediante la tcnica de incubacin, recogiendo el CO2 producido en solucin alcalina (10 mL NaOH 0,5 N) y su valorandolo con un cido de normalidad conocida (HCl 0,5 N), y se us fenoftalena como indicador. Se utilizaron 30 g de compost que se incubaron por 10 das a 25C y el control de la evolucin de CO2 se realiz en funcin del tiempo, realizando una titulacin cada 2 das. Se coloc dentro del frasco un vial con agua para mantener condiciones de humedad adecuadas.

El gasto de HCl se relaciona con el CO2 producido por la microbiota activa de la muestra (mg C_CO2[g m.s]-1)mediante la siguiente expresin:

MNVV

COC mb100022)(

2

=

Donde:

bV = volumen HCl gastados en la titulacin del blanco (mL)

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=mV volumen de HCl gastados en la titulacin de la muestra (mL)

=N normalidad del HCl

=22 peso equivalente del CO2

=1000 factor de conversin de g a kg

=M peso de la muestra en base seca (kg)

Con los valores de evolucin de CO2 y carbono biomsico se calcul el cuociente metablico (qCO2) que da cuenta de la cantidad de CO2 respirado por unidad de biomasa microbiana.

3.3.7 Ensayos de fitotoxicidad Los ensayos se realizaron de acuerdo al mtodo descrito por Zucconi et al (1981) modificado. Para ello se prepararon extractos acuosos en relacin 1:10 (p/v) de mezcla de compostaje y agua destilada. Se tom una alcuota de 9 mL de cada suspensin y se agreg en placas Petri con papel filtro Whatman N2. Sobre cada placa se agregaron 12 semillas de rabanito (Raphanus sativum) y se dejaron incubar por seis das en cmara bioclimtica a una temperatura constante de 25C. Los ensayos se realizaron en triplicado, ms un blanco como control.

El ndice de germinacin (IG) se determin de acuerdo a la siguiente expresin:

100

=

CLGLGIG

Donde:

=G promedio de semillas germinadas en la muestra

=CG promedio de semillas germinadas en el blanco

=L promedio de longitud de races en la muestra (mm)

=CL promedio de longitud de races en el blanco (mm)

3.3.8 Espectroscopia infra-roja con transformada de Fourier Las muestras de lodo inicial y muestras de material en distintas etapas del proceso de compostaje fueron estudiadas por espectroscopia infra-roja. Para ello se prepararon

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pastillas de KBr utilizando 1 mg de lodo o mezcla de compostaje y 250 mg de KBr (ambos secados a 105C por 24h). El espectro fue obtenido con un espectrofotmetro infra-rojo con transformada de Fourier Tensor 27, obteniendo espectros en el rango de 400 a 4000 cm-1.

3.3.9 Determinacin de otros parmetros Los anlisis de pH, nitrgeno amoniacal (N-NH4), nitrgeno nitrato (N-NO3), metales pesados y coliformes fecales fueron realizados de acuerdo a los Mtodos de anlisis de compost (Sadzawka et al, 2005) en el Laboratorio certificado Agrolab Ltda., Santiago, El contenido de fibra en el lodo y en los agentes estructurantes utilizados en el compostaje, fueron realizados en el Laboratorio certificado de Suelo y Planta perteneciente al Instituto de Agroindustria de la Universidad de La Frontera, Temuco.

3.3.10 Anlisis estadstico El anlisis estadstico de los resultados obtenidos se realiz mediante comparacin de los promedios en los distintos tiempos de compostaje, informando para cada promedio el valor de la desviacin estndar.

Adems, variables como humedad, slidos voltiles, ndice de germinacin y carbono soluble en agua fueron sometidas al test de Kolmogorov-Smirnov para verificar supuesto estadstico de normalidad y al test de Levene para homogeneidad de varianzas. Cuando los datos no cumplieron con tales supuestos, se les aplic la prueba no paramtrica de Kruskal- Wallis, para determinar si existan diferencias significativas con un nivel de significancia p

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4. RESULTADOS Y DISCUSIN 4.1 Caracterizacin de lodo biolgico El material objeto de tratamiento es lodo secundario (Figura 4-1) proveniente de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS) de Chilln, la que genera mensualmente alrededor de 780 toneladas de lodo.

Figura 4- 1. Lodo proveniente de la PTAS de Chilln

La Tabla 4-1 muestra la caracterizacin fisicoqumica del lodo. A pesar de que las caractersticas del lodo dependen de la carga contaminante de las aguas que son tratadas y del tipo de tratamiento por el cual son depuradas, se puede ver que los valores obtenidos, se encuentran dentro de los rangos tpicos esperados para lodos obtenidos a travs del proceso de lodos activados con aireacin extendida, como es el caso del lodo utilizado en este proyecto. Tabla 4- 1. Caracterizacin fisicoqumica del lodo

PARAMETROS LODO * LODO ACTIVADO CON AIREACIN EXTENDIDA **

(Lepe y Coronado,2003) C (%) 37,40 35,60 N (%) 5,52 4,90 P (%) 1,55 1,24 pH (en agua) 6,44 7,00 Materia Orgnica (%) 67,40 64,00 Humedad (%) 70C 85,00 85,40 CE-1:5 (dS/m) 6,80 2,90

* Lodo proveniente de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas de Chilln ** Valor promedio de las plantas de tratamiento de aguas servidas de la VI, VII y VIII regin.

El lodo de la PTAS de Chilln tiene un importante nivel de materia orgnica (67,4%) por lo que el compostaje parece ser una buena alternativa de estabilizacin. Sin embargo, el alto porcentaje de humedad que contiene (85%) y su baja relacin C/N (6,78) hacen necesario

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mezclar el lodo con un agente estructurante que por un lado, aumente la relacin C/N a un valor de 25-30 para asegurar la calidad del compost final, y por otro lado, disminuya la humedad de la mezcla facilitando as la actividad microbiana propia del proceso y evitando la compactacin del material.

El anlisis por espectroscopia infra-roja es una tcnica capaz de distinguir las principales formas qumicas presentes en la materia orgnica, tales como carbohidratos, celulosa, lignina, grasas o lpidos y componentes proteicos, esto a travs de un espectro que entrega una nica seal con importante informacin bioqumica sobre caractersticas y nmero de grupos funcionales tales como enlaces qumicos CH, -OH y NH (Albrecht et al. 2008; Artz et al. 2008). El anlisis del lodo mediante el uso de espectroscopia infra-rojo se muestra en la Figura 4- 2, en donde se pueden observar algunas seales claramente definidas.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

5009001300170021002500290033003700

Longitud de onda (cm-1)

Abs

orb

anci

a

Figura 4- 2. Espectro infra-rojo para muestra de lodo biolgico

Una amplia banda centrada en los 3400 cm-1 que es debido a vibraciones de grupos OH de alcoholes, fenoles o cidos carboxlicos. La seal en 2920, 2850 cm-1 son atribuidas a vibraciones CH de grupos alifticos que son asignados a grasas y lpidos (Grube et al. 2006). La seal a 1645 cm-1 se atribuyen a grupos COO- y C=O de amidas y la absorbancia en 1540 cm-1 es caracterstica de amidas secundarias, ambas asociadas a

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protenas. La seal en 1456 cm-1 es atribuida a grupos metilenos asociados a esteres constituyentes de cidos grasos de cadena corta (Zaccheo et al. 2002). La banda centrada en 1030 cm-1 de estiramientos de enlaces C-O asociados a carbohidratos.

Un anlisis del contenido de fibra en el lodo se muestra en la Tabla 4- 2.

Tabla 4- 2. Contenido de fibra, grasas y protenas en el lodo MUESTRA F.D.A (%) F.D.N (%) E.E (%) P.B (%) Lodo 20, 00 40,80 2,34 40,65

F.D.A: Celulosa + lignina; F.D.N: Hemicelulosa+celulosa+lignina; E.E: triglicridos, cidos grasos, fosfolpidos, ceras; P.B: todos los compuestos que tienen nitrgeno (urea, aminos, aminocidos, protena).

De acuerdo a los resultados mostrados en la Tabla 4-2, se puede inferir que efectivamente casi un tercio de la materia orgnica contenida en el lodo est conformada por compuestos de origen proteico, por lo que resulta claro la aparicin de la banda asociada a amidas, as tambin la diferencia entre F.D.N y F.D.A nos indica que el lodo contiene un importante contenido de hemicelulosa (20,8%) que es un polisacrido y que justificara la banda centrada en 1050 cm-1 asociada a carbohidratos. Wang (2008) afirma que debido a la presencia de papel y restos de alimentos en las aguas residuales, se espera que el lodo extrado tenga niveles altos hemicelulosa y celulosa.

Por ltimo, a pesar de que el contenido de grasas es de slo un 2,34%, en el espectro aparecen bandas asociadas a estos compuestos.

La aplicacin benfica de lodos en suelos y su utilizacin como materia prima para el proceso de compostaje est restringida de acuerdo a los niveles de elementos metlicos traza que contiene. Esto porque, si bien la aplicacin controlada de lodo estabilizado al suelo supone un aporte significativo de nutrientes (carbono, nitrgeno, azufre y fsforo) y micronutrientes (zinc, hierro y cobre), propiciando una situacin favorable para el desarrollo de plantas, no ocurre lo mismo con otros metales como el cadmio, mercurio, plomo y cromo que resultan altamente txicos para cualquier forma de vida vegetal o animal.

La Tabla 4-3 muestra la concentracin de metales pesados que posee el lodo no estabilizado en estudio.

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Tabla 4- 3. Contenido de metales pesados en el lodo

METALES PESADOS LODO

REGLAMENTO LODOS

SF / SD (1) NORMA

COMPOST(2) E.P.A(3)

C.E.E(4)

Arsnico (mg/kg) 12,5 20 / 40 ---- 75 --- Cadmio (mg/kg) 0,50 8 / 40 10 85 20-40 Cobre (mg(kg) 310 1000 / 1200 1500 4300 1000 -1750 Mercurio (mg/kg) 1,75 10 / 20 10 57 16-25 Niquel (mg/kg) 14,5 80 / 420 200 420 300-400 Plomo (mg/kg) 38,5 300 / 400 800 840 750-1200 Cromo (mg/kg) 116,3 ---- 1000 ---- ---- Zinc (mg/kg) 695 2000 / 2800 3000 7500 2500-4000 (1) Concentraciones mximas permitidas de metales en lodos para aplicacin en suelos en el reglamento para manejo de lodos, SF: suelos con aptitud forestal; SD: suelos degradados. (2) Concentracin mxima de metales pesados en materias primas para compostaje segn Norma 2880, Compost: Clasificacin y Requisitos. (3) US E.P.A 40 CFR Part 503 (1995). (4) Norma C.E.E (Comunidad Europea), (2000).

Los niveles de metales pesados obtenidos para el lodo no estabilizado en estudio estn dentro de los lmites sealados en el Reglamento de Manejo de Lodos, para su aplicacin en suelos. As tambin, cumple con la norma 2880 que establece que para que una materia prima sea compostada debe cumplir con un cierto nivel de elementos traza presente. En el caso del lodo en estudio estos niveles se mantienen muy por debajo de lo establecido en ambas normas. Adems, aunque la movilidad y biodisponibilidad del los metales pesados depende tanto de las propiedades fisicoqumicas del medio (pH, grado de descomposicin de materia orgnica, contenido de sustancias hmicas) como del contenido total de metales, se ha reportado que durante el compostaje de lodos se producira una reduccin de la biodisponibilidad de metales pesados debido principalmente a la formacin de complejos organo-metlicos estables con la materia orgnica, no disponibles para la plantas (Amir et al, 2005 b; Jouraiphy et al, 2005; Wong y Fan, 2000). Se puede apreciar, adems, que las normas chilenas son mucho ms restrictivas que algunas normas extranjeras citadas como la de la E.P.A o de la comunidad europea, aun as, los lodos en estudio presentan niveles de elementos traza metlicos muy por debajo de lo exigido las normas chilenas. Contradictoriamente, en nuestro pas enfrentamos una realidad distinta a la de pases industrializados, en donde los niveles de metales pesados

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contenido en los lodos son mucho mayores y en donde la aplicacin de este material s presenta un potencial peligro.

Por ltimo se realiz una caracterizacin microbiolgica del lodo, uno de los parmetros a considerar para su clasificacin sanitaria, los resultados obtenidos para estos anlisis se muestran en la Tabla 4- 4.

Tabla 4- 4. Anlisis microbiolgico del lodo

ANLISIS LODO NORMA LODOS** Clase A Clase B

Coliformes Totales NMP/g 1,6 x 106 Coliformes Fecales NMP/g 5,0 x 105 < 1000 NMP/g < 2 x 108 Escherechia coli NMP/g 5,0 x 105

* Lmite de deteccin de la tcnica: NMP/100 g = 20; < 20 significa ausencia. ** Reglamento Manejo de Lodos.

Se puede observar el alto contenido de coliformes fecales existente en el lodo. Aun as, cumplira con uno de los requisitos del reglamento para el manejo de lodos para ser Clase B, sin embargo, es necesario adems reducir su potencial de atraccin de vectores lo que se acredita disminuyendo su porcentaje de slidos voltiles en un 38% como mnimo, con lo que se considera un lodo estabilizado, independiente del proceso de estabilizacin que se le aplique.

4.2 Caracterizacin material estructurante Los materiales utilizados como estructurantes en este estudio fueron aserrn y astillas (Figura 4- 3).

Figura 4- 3. Materiales utilizados como estructurante a) aserrn; b) astillas

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La caracterizacin de los materiales carbonados que se utilizaron en este estudio como agente estructurante o tambin llamado material de soporte se muestra en la Tabla 4- 5. Tabla 4- 5. Caracterizacin fisicoqumica material estructurante

PARAMETROS ASERRN ASTILLAS C (%) 54,0 54,0 N (%) 0,27 0,25 Relacin C/N 200 207,69 pH (en agua) 5,50 -- Humedad (%) 70C 61,1 55,5

Se comprueba que estos materiales son ricos en carbono y poseen bajos niveles de nitrgeno, adems de una humedad menor a la contenida en el lodo que se quiere estabilizar, por lo tanto, cumplen con las caractersticas apropiadas para ser mezcladas con el lodo en estudio y dar inicio al proceso de compostaje. Cabe destacar que ambos materiales poseen caractersticas qumicas similares, esto ocurre porque aunque su textura y tamao de partcula sea diferente, provienen del mismo tipo de madera, el pino. Para establecer una diferencia por lo menos en cuanto al tamao de partcula, se tamiz el material estructurante (tamiz de 4 mm), los resultados se muestran en la Tabla 4- 6.

Tabla 4- 6. Tamao partculas material estructurante FRACCIONES ASERRIN ASTILLAS

Fraccin gruesa (%)* 20 35 Fraccin fina (%) ** 80 65

* Tamao partcula > a 4mm ** Tamao partcula < a 4mm

A simple vista se puede observar que el aserrn y las astillas poseen tamaos bastante similares. Es as como el aserrn est compuesto en su mayor parte por una fraccin fina (80%), las astillas tambin estn formadas mayoritariamente por partculas menores a 4 mm (65%). Si bien, el objetivo del estructurante es proporcionar porosidad al lodo que se quiere compostar, de modo de generar espacios en el material para la circulacin del aire, tambin representa una fuente de carbono. Mientras menor es el tamao de esta fuente de C, ms susceptible es al ataque microbiano, pues la actividad microbiana ocurre generalmente en la superficie de las partculas orgnicas, por lo tanto cuanto menor es el

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tamao de la partcula, mayor es su rea superficial favoreciendo as la actividad de los microorganismos y la tasa de descomposicin de la materia orgnica (INTEC, 1999). El proceso de compostaje es un proceso netamente biolgico, en que diversas poblaciones microbianas se encargan de la descomposicin de sustratos orgnicos, comenzando por los que estn fcilmente disponibles, es as como la forma qumica y el tamao de partcula de la fuente de carbono afecta de manera importante su disponibilidad para los microorganismos (Liang et al, 2006), degradndose primero carbohidratos simples, protenas, grasas y por ltimo materiales como hemicelulosa, celulosa y lignina, esta ltima es resistente a la biodegradacin y slo sufre una biotransformacin parcial, no siendo completamente mineralizada (Jouraiphy et al, 2005; Tuomela et al, 2000).

4.3 Diseo y construccin de las pilas de compostaje En base a la caracterizacin inicial de las materias primas se realiz un balance de masa previo entre los distintos componentes para lograr una relacin C/N inicial de 30/1 en la construccin de las pilas, utilizando para esto los datos entregados en la Tabla 4- 7.

Tabla 4- 7. Base de clculo para estimacin de volmenes de mezcla

MATERIAL N (%) C (%) RELACIN C/N DENSIDAD APARENTE

(kg/m3) Lodo 5,52 37,4 6,78 1100 Aserrn 0,26 54,0 200 668 Astillas 0,27 54,0 207,69 685

De acuerdo a esto, los volmenes estimados de cada material para la conformacin de las pilas son los que muestra la Tabla 4- 8.

Tabla 4- 8. Volmenes estimados para mezcla con relacin C/N de 30/1

COMPOSICIN PILA

RELACIN MSICA (kg lodo/kg

estructurante) RELACIN

VOLUMTRICA (m3 lodo/m3 estructurante)

PILA A :Lodo + Aserrn 1,5 / 2 1 / 2 PILA D: Lodo + Astillas 1,5 / 2 1 / 2

Debido a que la composicin de ambas pilas fue diferente y su construccin y operacin se llevo a cabo en diferentes pocas del ao, la evolucin de parmetros no es comparable y se analizarn por separado.

30

4.4 Evolucin de parmetros Pila A La Pila A fue construida el 13 de Marzo de 2007, y se mantuvo en operacin durante el periodo otoo-invierno hasta el 08 de Agosto de 2007.

4.4.1 Temperatura La evolucin de la temperatura de la Pila A durante el proceso de compostaje se muestra en la Figura 4- 4.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150Tiempo de compostaje (das)

Tem

pera

tura

(C

)

Temperatura Pila Temperatura Ambiente

Figura 4- 4. Evolucin de la temperatura en la Pila A durante el proceso de compostaje

Se puede apreciar que la temperatura registrada en el ncleo de la pila es independiente de la temperatura ambiental. Es as como en grandes masas, las prdidas energticas son relativamente pequeas, en comparacin a una operacin equivalente en escala ms pequea (Sundberg, 2003). De acuerdo a esto, en pilas de gran envergadura las condiciones externas no interfieren en las reacciones de oxidacin que se llevan a cabo en el ncleo de la pila de compostaje.

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La etapa mesfila tuvo una duracin menor a 10 das, a partir de este tiempo la temperatura en la pila comienza a elevarse, manteniendo temperaturas termfilas durante casi todo el proceso.

Dentro de la etapa termfila, se registraron temperaturas sobre los 50C a los 20 das lo que es de gran importancia en la eliminacin de microorganismos patgenos, ya que la mayor parte de ellos son destruidos rpidamente cuando la pila de compostaje supera los 55C y solamente unos pocos pueden sobrevivir a temperaturas sobre los 67C. El problema se da cuando se superan las temperaturas de 70C, ya que hongos autctonos (Mucor, Penicillium y Aspergillus) y algunas bacterias termfilas mueren, retardando el proceso normal de compostaje (Glynn y Gary, 1999; Tchobanoglous et al, 1994). En ese caso se debe voltear la pila para enfriar la masa en compostaje.

4.4.2 Humedad y Slidos totales La humedad relativa y el porcentaje de slidos totales del lodo de la Pila A en distintas etapas del compostaje se muestran en la Figura 4- 5.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Lodo 0 30 60 120Tiempo de compostaje(das)

Hu

me

dad

y S

lido

s To

tale

s (%

)

Humedad Slidos Totales

a

ab ab abb

Figura 4- 5. Cambios de humedad y slidos totales del lodo y Pila A en diferentes tiempos del proceso de compostaje. Letras iguales indican que no hay diferencias significativas segn prueba no paramtrica de Kruskal - Wallis a un nivel de significancia del 5%.

Los lodos tienen un porcentaje de humedad de un 85% lo que dificulta su tratamiento no pudiendo ser compostados solos y necesitan ser mezclados con materiales secos que acten como agente estructurante, absorbiendo humedad y aportando a la masa compostada un grado adecuado de esponjamiento y aireacin (Banegas et al, 2007). En

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este caso al mezclar el lodo en estudio con aserrn, se consigue que el material de la Pila A al inicio del proceso tenga una humedad adecuada para el buen funcionamiento del proceso (60%). Como la Pila A estuvo en operacin durante el periodo otoo-invierno, no fue necesario adicionar agua extra al sistema mantenindose durante todo el proceso en el lmite superior de la humedad recomendada para el buen desarrollo del proceso (60%). Un lodo en proceso de compostaje con un contenido de slidos totales aproximado de un 40% como el alcanzado en la Pila A durante todo el proceso, da cuenta de un material fcil de manejar, voltear y transportar, a diferencia de lo que ocurre con el lodo cuyo contenido de slidos totales es de un 15%, lo que dificulta su manejo y traslado.

4.4.3 pH

El comportamiento del pH durante el proceso de compostaje, est influenciado por la composicin de los materiales iniciales, es as, como el pH es dirigido por tres sistemas cido-base que se combinan y dan origen a una curva de particular (Castriln et al, 2006). El primero es el sistema carbnico, con el CO2 que se forma durante la descomposicin de la materia orgnica y que puede liberarse como gas a la atmsfera o disolverse en el agua formando cido carbnico (H2CO3), el que puede perder uno o dos protones, si pierde un protn forma el in bicarbonato (HCO3-) y si pierde el segundo protn forma el in carbonato (CO3-). CO2 + H2O H2CO3 pKa = 6.14, 25C (Ec. 1)

H2CO3 HCO3- + H+ pKa = 6.35, 25C (Ec. 2)

HCO3- CO32- + H+ pKa = 10.35, 25C (Ec. 3) La tendencia del sistema carbnico es a regular el pH, incrementando los pH bajos y reduciendo los pH altos.

El segundo sistema importante es el amonio (NH4+) amoniaco (NH3) que se forma por la descomposicin de las protenas.

R-NH2 NH3 + H2O NH4+ + OH- pKa = 10.35, 25C (Ec. 4) Durante el inicio del compostaje el nitrgeno metabolizado es utilizado para el crecimiento de los microorganismos y durante la fase de mayor actividad se libera el in amonio el que en etapas posteriores del compostaje es convertido a nitrato por bacterias nitrificantes. Este sistema indicado en la Ec. 4 incrementa el pH a valores cercanos a 9,24.

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El tercer sistema est relacionado con la liberacin de cidos orgnicos producto de la degradacin de la materia orgnica. Puede estar compuesto de varios cidos orgnicos, entre ellos el cido actico (pKa: 4,76), iso-butrico (pKa: 4,87), propinico (pKa: 4,87), frmico (pKa: 3,7), ctrico (pKa: 3,13), iso-valrico (pKa: 4,84) y lctico (3,86). Este sistema puede reducir el pH. Si la cantidad de cidos orgnicos es mayor que los componetes alcalinos (NH4+, NH3), el pH permanece en un rango cido (Simandi et al. 2005). El pH en la Pila A (Figura 4- 6) se elev desde un pH inicial de 6,5 hasta valores cercanos a 9, este aumento fue inducido por el sistema NH3 - NH4+, debido a la degradacin de cidos grasos de cadena corta y a la produccin de amonio durante la amonificacin de nitrgeno orgnico como resultado de la actividad microbiana pues entre el 50-90 % del N contenido en el lodo es de origen orgnico (Tognetti et al. 2007 b). El descenso del pH a los 120 das de iniciado el proceso de compostaje responde a la volatilizacin de nitrgeno en forma de amoniaco y a los H+ liberados como resultado de la oxidacin de amonio por bacterias nitrificantes (Huang et al. 2004).

5

6

7

8

9

10

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo de compostaje (das)

pH

Figura 4- 6. Evolucin de pH en el proceso de compostaje de la Pila A en funcin del tiempo. Barras de error muestran error estndar respecto al promedio (n = 3).

4.4.4 Higienizacin La higienizacin del lodo en la Pila A fue determinado utilizando como indicador de microorganismos patgenos el contenido de coliformes fecales en el material compostado. Los resultados para estos anlisis se muestran en la Tabla 4- 9.

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Tabla 4- 9. Anlisis microbiolgico muestras Pila A

MUESTRA COLIFORMES FECALES (NMP/g) 0 das 5,0 x 105

30 das Ausencia

60 das Ausencia

120 das Ausencia

El primer muestreo se efectu a los 30 das de iniciado el proceso de compostaje y de acuerdo a los resultados obtenidos se puede observar que no se detect presencia de coliformes fecales en la muestra. Esto sin duda est relacionado con las altas temperaturas registradas a partir del da 20, pues a pesar de no haber sobrepasado los 60C temperaturas sobre 50C se mantuvieron por prcticamente 30 das. La inactivacin de los microorganismos es funcin tanto de la temperatura como del tiempo de exposicin a esa temperatura. Puede ser igualmente efectiva una temperatura alta durante poco tiempo, como una temperatura baja durante un tiempo ms largo, siempre que la temperatura sea superior al nivel letal mnimo (Abdennaceur et al, 2001). En los muestreos siguientes realizados a los 60 y 120 das de iniciado el proceso de compostaje no se detecta presencia de coliformes fecales con lo que se cumplira con uno de los objetivos del tratamiento de lodos por compostaje.

4.4.5 Estabilizacin Un material no estabilizado o inestable es aquel que contiene una alta proporcin de materia orgnica biodegradable por ende tiene una actividad microbiolgica elevada. Al contrario, si el material contiene principalmente materia recalcitrante o similar al humus, no es capaz de sustentar actividad microbiana y por lo tanto el material se considera estable (Barrena et al. 2006). Es as, como ndices biolgicos son tiles para evaluar la estabilidad del material debido a su relacin con la actividad metablica en el compostaje (Mari et al. 2003). En este trabajo se evalu la estabilidad mediante la tasa de respiracin o evolucin de CO2 y el cuociente metablico (qCO2); adems de acuerdo a lo que exige el Reglamento para el Manejo de Lodos, se evalu mediante el porcentaje de disminucin del porcentaje de slidos voltiles de la mezcla.

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En las primeras etapas del proceso de compostaje, los sustratos orgnicos se encuentran fcilmente disponibles lo que genera un aumento en la actividad microbiana y por ende una mayor tasa de desprendimiento de CO2. Este comportamiento se puede observar en la Figura 4-7, en donde la mayor tasa de produccin de CO2 se da al inicio del proceso, con un valor de 1,44 mg CO2/g m.s.da.

A medida que el proceso de compostaje progresa, la tasa de produccin de CO2 disminuye significativamente hasta el da 60 del proceso en donde tiende a estabilizarse mantenindose a partir de este momento en valores de 0,4 mg CO2/g m.s.da. Esto ocurre porque los sustratos fcilmente disponibles ya se degradaron y comienza la degradacin de sustratos menos disponibles como la celulosa y la lignina.

Los valores de produccin de CO2 encontrados a partir del da 60 de iniciado el proceso se encontraran dentro de los valores encontrados por Forester et al. (1993) (0,25-0,62 mg CO2/g m.s.da) para compost estables de diferente origen.

0,00,20,40,60,81,01,21,41,6

0 30 60 120Tiempo de compostaje (das)

Tasa

de

pr

odu

cci

n de

CO

2

(mg

CO2/g

m

.s.

da)

Figura 4- 7. Tasa de produccin de CO2 durante el proceso de compostaje Pila A a diferentes tiempos del proceso de compostaje. Barras de error muestran error estndar respecto al promedio (n = 3).

Otra medida de estabilidad biolgica es el cuociente metablico (qCO2), que representa la cantidad de C-CO2 respirado por unidad de CBio y unidad de tiempo. Un bajo qCO2 significa que la biomasa microbiana est en un estado de dormancia respirando a bajos niveles. Este comportamiento es considerado eficiente en cuanto a convertir carbono en

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biomasa microbiana, en contraste a qCO2 altos que han sido observados en fenmenos de estrs o cambios en las comunidades microbianas (Insem y Haselwanter, 1989). En ecosistemas no estabilizados, el valor de qCO2 debiera ser elevado, disminuyendo progresivamente a medida que el ecosistema alcanza el estado de equilibrio o de estabilidad (Garca-Gil, 2001). La Figura 4- 8 muestra los cambios en el cuociente metablico a diferentes tiempos del proceso de compostaje.

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,45

0 30 60 120Tiempo de compostaje (das)

q CO

2 (m

g CO

2/ m

g C b

iom

sic

o. d

a)

Figura 4- 8. Cuociente metablico de la Pila A, a diferentes tiempos de compostaje. Barras de error muestran error estndar respecto al promedio (n = 3).

Los valores correspondientes al qCO2 durante el proceso de compostaje siguen la tendencia observada para la tasa de produccin de CO2 de la misma Pila (Figura 4.7). A medida que el proceso de compostaje progresa el qCO2 disminuye, estabilizndose hacia el da 60. Si bien al da 120 se registra un leve aumento del qCO2, se mantiene en valores bajos, confirmando con ello que el material analizado se encuentra estabilizado. Con respecto a los s