Proyecto Compost Para[1]

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA PLAN DE TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO QUIMICO PRESENTADO POR: QUISPE CALERO, Ronald RUIZ FLORES, Karim HUANCAYO – PERU 2011 OBTENCION DEL COMPOST MEDIANTE LA FERMENTACION DE RESIDUOS ORGANICOS UTILIZANDO BACTERIAS ACTIVADAS CON EXTRACTO DE BERROS Y MAGUEY

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

PLAN DE TESIS

PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO QUIMICO

PRESENTADO POR:

QUISPE CALERO, Ronald RUIZ FLORES, Karim

HUANCAYO – PERU

2011

OBTENCION DEL COMPOST MEDIANTE LA FERMENTACION DE RESIDUOS ORGANICOS UTILIZANDO BACTERIAS ACTIVADAS CON EXTRACTO DE BERROS Y

MAGUEY

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Titulo : “OBTENCION DEL COMPOST MEDIANTE LA FERMENTACION DE RESIDUOS ORGANICOS UTILIZANDO BACTERIAS ACTIVADAS CON EXTRACTO DE BERROS Y MAGUEY”

1. Resumen

Los grandes volúmenes de residuos sólidos orgánicos domésticos que se encuentran en los mercados y sitios de acopios de basuras, están generando problemas de deposición, en vista de que los rellenos sanitarios disponibles en la ciudad de Huancayo están cerrándose y los que podrían abrirse por conflictos sociales no se permiten su aperturas y uso. Los esfuerzos por solucionar este problema social tienen muchos antecedentes los cuales indican el uso de estos residuos en la elaboración de compost, pero por el tiempo que dura la fermentación en promedio 45 días para lograr un bioabono para enriquecer los terrenos resultan en una acumulación cada vez más grandes de los residuos sólidos orgánicos, que en gran medida no solucionan el problema de deposición de residuos.

Ante este panorama, el trabajo de investigación se propone obtener compost mediante la fermentación acelerada de los residuos orgánicos domésticos empleando bacterias activadas con extracto de berros y maguey.

Para alcanzar este objetivo el tipo de estudio a llevar a cabo será explicativo y las corridas experimentales se efectuaran siguiendo un diseño experimental factorial simple de 2 x 2 x 2; es decir, tres variables temperatura, pH y humedad, con dos niveles cada uno; el número de experimentos será 8 y el numero de repeticiones 2; la población será los residuos orgánicos del mercado mayorista y el tamaño de muestra será acorde al tamaño de la cama de fermentación; para acelerar la fermentación haremos uso de los extracto de maguey y berros, y controlando los parámetros del fenómeno.

Los datos de la medición de la variable efecto serán tratados mediante el empleo de las herramientas estadísticas descriptivas para determinar sus desviaciones y de herramientas de estadística inferencial para la prueba de hipótesis como la construcción del cuadro ANVA de dos factores.

Lo que esperamos del resultado al realizar de este proyecto es de disminuir el tiempo de fermentación y descomposición del compostaje, para una vez aplicada al campo pueda dar buenos resultados, los cuales serán notorios en los frutos de plantas como, vegetales, hortalizas, tubérculos, frutas, etc.

Los resultados del proyecto están abiertos a los jóvenes interesados en poder desarrollar proyectos de este tipo, usando diferentes tipos de plantas desérticas, como acuáticas.

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2. Objetivos

Objetivo General:

Obtener el compost por fermentación acelerada de los residuos orgánicos

usando bacterias activadas con extracto de berros y maguey para reducir l

tiempo de compostaje.

Objetivos Específicos:

Acondicionar las bacterias activadas utilizando extracto de berros y

maguey.

Determinar la relación carbono – nitrógeno para la materia prima del

compostaje a estudiar.

Establecer los parámetros de operación de pH, temperatura y humedad

en la fermentación con las bacterias activadas propuestas.

Evaluar la calidad del compost obtenido.

3. Lugar de Ejecución del Proyecto

Instalaciones de la Facultad de Ingeniería Química de la UNCP.

4. Justificación

Los resultados del estudio del proceso de descomposición de la materia

orgánica utilizando bacterias activadas con extracto de berros y maguey,

tendrán muchos beneficios ya que estas bacterias soportan todo tipo de

vertidos, trabajan en aguas dulces y saladas, soportan altas temperaturas y

presiones; además que tienen la facilidad de degradar sustancias toxicas, se

encargan de mantener un pH casi neutro, la humedad adecuada. Conservan

los nutrientes y enzimas naturales, regenerando estos mismos perdidos por el

desgaste del suelo.

Este compost es ideal para recuperar terrenos improductivos o contaminados,

además de que el producto final sea de buena calidad ya que producirán

buenos cultivos, no contamina el suelo ni el cultivo obtenido y sobre todo que

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es económico y además de eso se acelera el proceso de descomposición de la

materia orgánica.

5. Conocimiento General del Tema

5.1. Revisión Bibliográfica (Antecedentes)

La práctica del compostaje deriva probablemente del tradicional cúmulo de

residuos en el medio rural, que se generaba en las tareas de limpieza y

mantenimiento de viviendas e instalaciones. Los desechos de las actividades

de granja, agropecuarias y domiciliarias se acopiaban por un tiempo a la

intemperie con el objetivo de que redujeran su tamaño para luego ser

esparcidos empleándolos como abonos.

Con el desarrollo de la microbiología y fundamentalmente a partir de los

trabajos de Sergius Winoggradsky (1856-1953) y Martinus Willem Beijerinck

(1851-1931) fue posible establecer el papel fundamental que desempeñan

los microorganismos como agentes geoquímicos, en los ciclos

biológicamente importantes de transformación de la materia en la biósfera.

Estos conocimientos, permitieron abordar la práctica tradicional del

compostaje con una base científica, instrumentando procedimientos y

técnicas que permiten mayoritariamente el control del proceso en su conjunto.

A lo largo de la historia, se han empleado distintos procedimientos en la

producción de compost que han generado numerosas publicaciones de

divulgación con diferentes enfoques, posiblemente debido al

desconocimiento de los mecanismos íntimos del proceso. Actualmente, se

conoce la base científica de este proceso, y se lleva a cabo de una forma

controlada. En tal sentido, el compostaje, se puede definir como un proceso

dirigido y controlado de mineralización y pre-humificación de la materia

orgánica, a través de un conjunto de técnicas que permiten el manejo de

las variables del proceso; y que tienen como objetivo la obtención de un

biofertilizante de características físico-químicas, biológicas y microbiológicas

predeterminadas, conocido como compost. A este proceso controlado de

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compostaje lo denominamos Compostaje aerotérmico o termoaeróbico para

diferenciarlo de las técnicas tradicionales.

5.2.Revisión Bibliográfica (Marco Teórico)

a. COMPOST

En términos generales el compostaje se puede definir como una

biotécnica donde es posible ejercer un control sobre los procesos de

biodegradación de la materia orgánica. La biodegradación es consecuencia

de la actividad de los microorganismos que crecen y se reproducen en los

materiales orgánicos en descomposición. La consecuencia final de estas

actividades vitales es la transformación de los materiales orgánicos originales

en otras formas químicas. Los productos finales de esta degradación

dependerán de los tipos de metabolismo y de los grupos fisiológicos que hayan

intervenido. Es por estas razones, que los controles que se puedan ejercer,

siempre estarán enfocados a favorecer el predominio de determinados

metabolismos y en consecuencia a determinados grupos fisiológicos.

En una pila de material en compostaje, si bien se dan procesos de

fermentación en determinadas etapas y bajo ciertas condiciones, lo

deseable es que prevalezcan los metabolismos respiratorios de tipo

aerobio, tratando de minimizar los procesos fermentativos y las

respiraciones anaerobias, ya que los productos finales de este tipo de

metabolismo no son adecuados para su aplicación agronómica y conducen a la

pérdida de nutrientes.

Lo importante no es biodegradar, sino poder conducir esta

biodegradación por rutas metabólicas, que nos permitan la obtención de un

producto final lo más apropiado posible, en el menor tiempo posible. El éxito de

un proceso de compostaje, dependerá entonces de aplicar los conocimientos

de la microbiología, manejando la pila de compost como un medio de

cultivo.

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a.1. Características del compost

Su color es oscuro, casi negro.

Tiene una gran capacidad de retención de agua.

Su olor es agradable parecido al de la tierra húmeda

Mejorador del crecimiento de las plantas y es posible de utilizar en terrenos

agrícolas o jardines, siendo un excelente o mejor sustituto a la tierra de hoja.

Agrega elementos esenciales al suelo y no nitrifica ni acidifica el terreno

como suele ocurrir con el uso de fertilizantes químicos.

a.2. Propiedades del compost

Mejora las propiedades físicas del suelo. La materia orgánica favorece la

estabilidad de la estructura de los agregados del suelo agrícola, reduce la

densidad aparente, aumenta la porosidad y permeabilidad, y aumenta su

capacidad de retención de agua en el suelo. Se obtienen suelos más

esponjosos y con mayor retención de agua.

Mejora las propiedades químicas. Aumenta el contenido en macro nutrientes

N, P, K, y micronutrientes, la capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.) y es

fuente y almacén de nutrientes para los cultivos.

Mejora la actividad biológica del suelo. Actúa como soporte y alimento de los

microorganismos ya que viven a expensas del humus y contribuyen a su

mineralización.

La población microbiana es un indicador de la fertilidad del suelo.

a.3. Sistemas de compostaje

Existen varios sistemas de compostaje, no obstante, el objetivo de todos

es además de transformar los residuos en compost, conseguir las condiciones

consideradas letales para patógenos, parásitos y elementos germinativos

(semillas, esporas).

a.3.1. Sistema en camellones o parvas

Parvas, camellones o pilas es la denominación que se le da a la masa

de residuos en compostaje cuando la misma presenta una morfología y

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dimensiones determinadas. A los sistemas donde se procesa el material

mediante la conformación de estas estructuras se le denomina Sistema en

Parvas o Camellones.

De acuerdo al método de aireación utilizado, este sistema se subdivide además

en:

Sistema en Parvas o Camellones MóvilesCuando la aireación y homogenización se realiza por remoción y

reconformación de las parvas y Sistema de Camellones o Parvas Estáticas,

cuando la aireación se realiza mediante instalaciones fijas, en las

áreas o canchas de compostaje (métodos Beltsville y Rutgers), que

permiten realizar una aireación forzada sin necesidad de movilizar las

parvas.

Sistema en reactores

Básicamente los reactores, son estructuras por lo general metálicas.

cilíndricas o rectangulares, donde se mantienen controlados

determinados parámetros (humedad, aireación), procurando que los

mismos permanezcan en forma relativamente constante. Los reactores

móviles además, posibilitan la mezcla continua de los desechos mediante

dispositivos mecánicos, con lo que se logra un proceso homogéneo en toda

la masa en compostaje.

Este tipo de sistemas, permite acelerar las etapas iníciales del

proceso, denominadas incorrectamente “fermentación”. Finalizadas estas

etapas activas biológicamente, el material es retirado del reactor y

acopiado para que se cumpla la “maduración”. Los sistemas de

compostaje en reactores son siempre sistemas industriales. Se aplican

en aquellas situaciones donde diariamente se reciben volúmenes

importantes de desechos, y para los cuales sería necesario disponer de

superficies muy extensas. Tal es el caso de las grandes plantas de triaje y

selección de Residuos Sólidos Domiciliarios (R.S.U.), donde a partir de la

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fracción orgánica recuperada de este tipo de residuos se produce compost

en forma industrial.

a.4. MÉTODOS DE COMPOSTAJE

Entre las formas de compostaje más importantes que se promueven y utilizan

están:

a.4.1. Compostaje centralizado.- Composta grandes cantidades de desechos

por ejemplo de una comunidad, un barrio e incluso una ciudad, los métodos

son los siguientes:

Pila estática: Una gran pila de material orgánico.

Filas: El compostaje se hace en largas filas las cuales deben ser aereadas

dándoles la vuelta.

Contenedores centralizados: Son grandes máquinas donde se controlan

temperatura y oxígeno para procesar grandes cantidades de material

orgánico, de este método hay muchos tipos.

a.4.2. Compostaje casero.- Composta en pequeñas cantidades desechos

hogareños y de jardín, las técnicas mencionadas son:

Pilas caseras

Para un pila casera el tamaño debe ser entre 1 m x 1 m x 1 m y 1.75 x 1.75 m,

para garantizar autocalentamiento y aereación general. Si se aíslan los lados

de la pila se pueden mantener pilas más pequeñas, si se hacen pilas más

grandes hay que voltearlas frecuentemente o usar chimeneas de aire.

La pila de compostaje es probablemente el método más común de compostaje

hogareño. La pila tiene que ser cuidadosamente construida para mantener la

aereación y el calor. El sistema de estratificación tiene que ser seguido

cuidadosamente.

Compostaje en cajones

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Los materiales orgánicos, tarde o temprano se compostan, la acción del ser

humano es para optimizar el proceso; muchos cajones se han diseñado para

controlar la humedad, aereación y temperatura.

Los cajones no son necesarios para el compostaje pero sirven para hacer la

pila más manejable y controlada, pueden hacerse de tela de gallinero y madera

y también de ladrillo y tambos con chimenea para el aire. Un método eficiente

es tener 2 cajones, uno para material fresco y el otro para el material que se

está curando.

El compostaje en un cajón requiere la misma estratificación, humedad,

aereación y volteo como en una pila.

Compostaje con gusanos

El uso de gusanos para el compostaje requiere menos esfuerzo que el

compostaje donde solo se utilizan bacterias.

Vermicompostaje

Consiste en utilizar un cultivo de gusanos para producir un acondicionador

del suelo formado con sus excreciones, este compostaje no tiene producción

de calor y además de producir abono se puede mantener una venta de

gusanos para la pesca. El vermicompostaje es ideal para el manejo de

desechos sólidos al interior de la vivienda, aunque en el campo se utiliza

para procesar aún más el abono producido por el otro compostaje, dejando

un producto de superior calidad.

El vermicompost listo para ser cosechado debe tener una alta proporción de

desechos de gusanos y todos los desechos de cocina al menos parcialmente

procesados.

Gusanos

Hay miles de variedades de gusanos, para el vermicompostaje los más

recomendados son los que se conocen como "Gusanos Rojos". Estos

gusanos no son los mismos gusanos de tierra.

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Los gusanos rojos prefieren un ambiente oscuro, húmedo y de temperatura

moderada.

Los gusanos rojos le tienen aversión a la luz por eso las cajas deben estar

tapadas y por eso los gusanos nunca se escapan.

El ambiente debe ser húmedo pero no mojado, hay que recordar que los

gusanos son aeróbicos, por eso no se debe tener agua presente, pero

tampoco no debe estar seco.

Los gusanos toleran entre 5 y 27º C, pero son más activos entre 13 y 25º C.

a.5. Activadores del compostaje

a.5.1. Organismos Que Intervienen En El Compostaje

En la actualidad, cuando oímos la palabra “compostaje”, por el hecho de

provenir de una palabra inglesa “compost” (abono, estiércol) pensamos en

algún proceso raro, innovador, que contribuye a la mejora del medioambiente,

pero, nada más lejos de la realidad, el compostaje se viene practicando desde

hace siglos en nuestras granjas y no es más que aprovechar la capacidad de

autodepuración de la naturaleza que, de forma gratuita, nos proporciona los

microorganismos necesarios para degradar biológicamente la materia orgánica,

siendo nuestra única función la de controlar. Los factores ambientales que de

forma interrelacionada influencian dicho a proceso.

Mediante el compostaje doméstico podemos transformar residuos tales como

hojas, césped, restos de podas, residuos hortícolas, pieles de frutas, verduras y

restos de comidas en un material rico en humus, que al mezclarse con el suelo

mejora las propiedades físico-químicas y agronómicas de este, además

contribuimos a reducir el uso de abonos químicos, rebajamos el peso de

nuestra bolsa de basura y alargamos la vida útil de los vertederos.

Consumidores Primarios: Son aquellos que consumen directamente materia

orgánica muerta, tales como:

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Bacterias: son los organismos más pequeños, numerosos y los primeros

en comenzar el trabajo, desempeñan el papel más destacado en la

descomposición de la materia ya que poseen una amplia gama de

enzimas capaces de romper químicamente una gran variedad de

compuestos orgánicos. Son organismos unicelulares con formas variadas,

los cocos poseen forma de esfera, los bacilos de bastón y las esperillas y

espiroquetas forma espiral.

Al comenzar el proceso predominan las bacterias mesofílicas que en

general corresponden a las especies que se encuentran en la superficie

del suelo, Pseudomonas, un grupo caracterizado por su diversidad

metabólica Bacillus, Thiubacillus y Enterobacter son algunos de los

géneros encontrados. Bacterias celulolíticas del género Celullomonas

también están presentes. A medida que el compost se calienta la

población inicial es desplazada por miembros del género Bacillus, un

grupo con capacidad de degradar proteínas y por actinomycetos.

La cantidad de Bacillus es regularmente alta entre los 50º y 55º C pero

decrece dramáticamente por arriba de los 60º C. Cuando las condiciones

se vuelven desfavorables estas bacterias sobreviven formando

endosporas y vuelven a estar activas cuando las condiciones se vuelven

favorables. A las mayores temperaturas del compost se han aislado

termófilas extremas como las bacterias del género Thermus.

En la fase termofílica (40 a 60º C) desarrollan fundamentalmente

bacterias del grupo de los actinomycetos. En el compost este grupo

cumple un rol fundamental en la degradación de compuestos orgánicos

complejos como la celulosa, las hemicelulosas, la quitina y la lignina.

Poseen enzimas capaces de degradar materiales resistentes como

corteza de árbol, trozos de madera y papel. Algunas especies aparecen

en la fase termofílica y otras se vuelven importantes en la etapa de

enfriamiento o maduración cuando sólo quedan los materiales más

resistentes y participan en las últimas etapas de formación del humus.

Los actinomycetos son los responsables del olor a tierra en la fase final

del compost. Forman filamentos ramificados en forma de telaraña que

suelen verse en la parte superior de la pila en las etapas finales.

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Hongos: menores en número que las bacterias o actinomicetos pero con

mayor masa. Obtienen la energía de la materia orgánica de las plantas y

animales muertos. Crecen como filamentos casi invisibles o como

colonias blancas o grises vellosas en la superficie de la pila. Son

responsables de descomponer polímeros vegetales complejos, (celulosa,

hemicelulosas, pectinas, lignina) demasiado secos, ácidos o pobres en

nitrógeno para ser descompuestos por bacterias, permitiendo a estas

continuar el proceso de descomposición una vez que la mayor parte de

dichos polímeros han sido degradados. La mayoría viven en las capas

externas del compost cuando la temperatura es alta, creciendo en forma

de filamentos, formando colonias blancas o grises de textura

aterciopelada en la superficie de la pila.

Microorganismos fermentadores: organismos visibles que consumen la

materia orgánica directamente, tales como lombrices, moscas, ácaros de

fermentación, cochinillas, caracoles, limacos etc. Son más activos en las

etapas finales del compostaje.

Consumidores secundarios: macro organismos que se alimentan de los

anteriormente citados consumidores primarios. Dentro de este grupo

podemos citar tijeretas, ácaros de molde, rotíferos, protozoos, escarabajos,

nematodos y gusanos planos de tierra.

Consumidores terciarios: van a alimentarse de materia orgánica viva, tanto

de consumidores primarios como secundarios. En este grupo encontramos

arañas, seudo escorpiones, ácaros predadores, ciempiés, hormigas.

b. ETAPAS DEL PROCESO DE FERMENTACION

Durante el proceso del compost los microorganismos rompen la materia

orgánica y producen CO2, agua, humus, el producto orgánico final más estable

y calor. Bajo condiciones óptimas. El proceso de composting o compostaje

puede dividirse en cuatro períodos, atendiendo a la evolución de la

temperatura:

b.1. Mesolítico: La masa vegetal está a temperatura ambiente y los

microorganismos mesófilos se multiplican rápidamente. Como consecuencia de

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la actividad metabólica la temperatura se eleva y se producen ácidos orgánicos

que hacen bajar el pH.

b.2. Termofílico: Cuando se alcanza una temperatura de 40 ºC, los

microorganismos termófilos actúan transformando el nitrógeno en amoníaco y

el pH del medio se hace alcalino. A los 60 ºC estos hongos termófilos

desaparecen y aparecen las bacterias esporígenas y actinomiceto. Estos

microorganismos son los encargados de descomponer las ceras, proteínas y

hemicelulosas.

b.3. De enfriamiento: Cuando la temperatura es menor de 60 ºC, reaparecen

los hongos termófilos que reinvaden el mantillo y descomponen la celulosa. Al

bajar de 40 ºC los mesófilos también reinician su actividad y el pH del medio

desciende ligeramente.

b.4. De maduración: Es un periodo que requiere meses a temperatura

ambiente, durante los cuales se producen reacciones secundarias de

condensación y polimerización del humus.

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c. PLANTAS DESERTICAS

c.1. El Maguey: es una planta que crece y se desarrolla en casi todos los

climas y alturas. Se reconoce por sus hojas anchas, fuertes, suculentas, de

color verde con largos ápices acuminados y sigmoideos, de tallo corto y

macizo, con forma de roseta y tamaños que van desde 1.50 m a 3.40 m de

altura y hasta 5 m de diámetro. Tiene flores carnosas de pétalos dimorfos,

estrechos, doblados hacia el interior. Se le encuentra en terrenos planos y

montañosos, desde suelos profundos a superficiales.

Tradicionalmente esta planta se ha usado en España para la obtención de

fibras con las que fabrican cuerdas y tejidos bastos. Sus hojas troceadas se

han empleado también como alimento de ganado, y en Andalucía, debido a sus

saponinas, se utilizaba para lavar la ropa de luto, en la que el jabón corriente

deja cercos blanquecinos. Además de para fabricar tejidos, para destilar el

pulque, con el que se hacía vino, vinagre, miel y azúcar, y que servía para

sanar numerosas dolencias. Según la mitología azteca, el pulque, del que se

destila el mescal, era el licor con el que se curaba el dios Quetzacoatl.

El maguey (Agave spp) como planta para ensilar es una buena opción por su

alto contenido en azucares y su bajo pH.

c.1.1. Propiedades de estas Plantas

Seleccionando y cultivando aquellas especies y variedades que más

satisfacían sus necesidades.

Usos de Salmiana son muy variados, su aprovechamiento es tal que no queda

una sola de sus partes y productos que no tengan uno o varios fines

específicos, el principal productos del cual derivan su nombre genérico a nivel

popular “maguey pulquero” es el pulque, el cual es un fermento de la savia de

sus hojas o aguamiel.

El maguey manso y los agaves pulqueros en general tardan de 8 a 12 años

para florecer, momento en el cual son aprovechados para la extracción de

aguamiel, éste se extrae del área donde nace el cogollo y la yema vegetativa,

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antes de la floración. Estas dos partes se cortan y posteriormente por medio del

raspado o desgaste de esta zona se forma una cavidad en el centro, hacia la

cual escurre la savia dulce de las hojas o aguamiel. El aguamiel al fermentarse

se convierte en pulque y se considera como la bebida más antigua y de más

tradición que aun se produce. El aguamiel también se toma como bebida

refrescante, atole y se produce miel, la cual se consume como endulzante y

golosina. Tanto en forma de aguamiel como de pulque se les consideran

bebidas con propiedades alimenticias por sus azucares, aminoácidos

esenciales y vitaminas, sus propiedades curativas son muchas, presentando

gran diversidad de preparaciones y maneras de ser aplicados.

Más de 30 especies de cepas de bacterias y levaduras han sido identificadas

en el pulque. Entre las bacterias se encuentran Lactobacillus, Leuconostoc,

Micricococcus, Sarcine y Bacillus. Así como las Zymomonas spp, bacterias que

aparentemente producen el etanol durante la fermentación del pulque.

c.2. Los Berros: Los antiguos peregrinos del Camino de Santiago empleaban

los berros como planta medicinal contra las inflamaciones, los dolores

producidos por el reuma, las grietas de la piel y otras heridas.

En muy pocos años, los berros han pasado de ser un hierbajo del que sólo se

alimentaban las ovejas, a una exquisitez que mejora, en sabor y en estética,

cada plato que toca. Esta planta herbácea está contraindicada para todos

aquellos que padezcan de gastritis, úlcera gastroduodenal, hipotiroidismo e

inflamación de las vías urinarias. Tampoco es aconsejable su consumo para los

pacientes con problemas de hipertensión.

Su forma estéticamente delicada y su sabor, ligeramente picante, han

convertido a los berros en uno de esos ingredientes que transforman una

ensalada en algo más que una mezcla de lechuga y tomate. Originaria de Asia

septentrional y Europa, esta planta tiene la ventaja añadida de ser hipocalórica

y tener un alto valor energético.

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c.2.1. Variedades

Lo que comúnmente se conoce como berro no es una sola planta sino varias

que pertenecen a diversas especies, pero que comparten el sabor algo amargo

y picante. Es su contenido en estimulantes aceites etéreos de mostaza, lo que

le otorga ese sabor tan peculiar. Los brotes del berro de fuente o de agua son

de color verde oscuro. Crecen en el fondo de los estanques y a lo largo de las

corrientes de agua, y sus hojas son de las más nutritivas. A la hora de

comprarlos hay que tener en cuenta que los de las hojas grandes y oscuras

son los mejores.

c.2.2. Características

Se caracteriza porque sus hojas son brillantes, arqueadas y tienen forma de

cuchara. Esta especie crece silvestre en la zona septentrional y occidental de

Europa. En Alemania es conocida con el nombre de planta del escorbuto, ya

que, por su alto contenido en vitamina C antiguamente se empleaba para paliar

esta enfermedad.

Tabla N01: de la composición del berro por 100 gramos

PRINCIPIOS INMEDIATOSCOMPONENTES PESO (g)

Agua 92,8Proteínas 1,6

Hidratos de carbono 3,6Celulosa 0,6

grasa 0,3

OLIGOELEMENTOSCOMPONENTES PESOS

Azufre 0,147Fosforo 0,056Cloro 0,097

Potasio 0,103Magnesio 0.313

Calcio 0.211Hierro 0.003Zinc 0.00015

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d. FACTORES O PARAMETROS QUE CONDICIONAN EL PROCESO DE COMPOSTAJE

Los responsables de la transformación en el proceso del compostaje son los

que se basan en la actividad de microorganismos que viven en el entorno,

todos aquellos factores que pueden limitar su desarrollo, serán limitantes del

propio proceso. Para conseguir que esta transformación se realice, en

condiciones controladas (aeróbicas y termofilas) hace falta una serie de

requisitos, que no son otros los que necesitan los microorganismos para

desarrollarse. Para que estos microorganismos puedan vivir y desarrollar la

actividad descomponedora se necesitan unas condiciones óptimas de

temperatura, humedad y oxigenación.

Los factores más importantes son:

d.1. Temperatura

La temperatura es consecuencia del tipo de proceso y por tanto un indicador de

su funcionamiento. El incremento de la actividad biológica genera calor, que es

retenido al considerarse el residuo una masa auto aislante, lo que provoca un

incremento general de la temperatura. El compost en gran escala de uso

comercial o para reciclado de residuos urbanos alcanza temperaturas entre 60

y 70º C en 3 o 4 días. Por arriba de 65º C se hace necesario remover o airear

la pila para evitar la muerte de los organismos beneficiosos. El incremento de la

temperatura, en la primera parte del compostaje indica la presencia de

materiales muy degradables y unas condiciones de trabajo adecuadas,

mostrando el desarrollo correcto del proceso. Se consideran óptimas las

temperaturas del intervalo 35-55 ºC para conseguir la eliminación de

patógenos, parásitos y semillas de malas hierbas.

La fase termofílica (40 a 60º C) dura desde varias semanas a varios meses

dependiendo del tamaño de la pila y de la composición de los ingredientes. En

esta fase la descomposición ocurre más rápidamente y es también importante

para destruir patógenos termosensibles. A temperaturas muy altas, muchos

microorganismos interesantes para el proceso mueren y otros no actúan al

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estar esporados. Los invertebrados del compost sobreviven a esta etapa

moviéndose a la parte externa de la pila o permaneciendo en estado de

dormición. Para asegurar una reducción significativa de los patógenos el

compost debería mantenerse al menos 5 días a una temperatura mínima de

40º C, con temperaturas que excedan los 55º C por al menos 4 horas durante

este período. Cuando el compost empieza a enfriarse si se remueve la pila se

produce un nuevo pico de temperatura por el aumento del contenido de

oxígeno y la exposición de materia orgánica que no fue descompuesta.

Existe un momento en que la temperatura cae y no puede ser restablecida

mezclando o removiendo la pila. Esto indica el fin de la fase termofílica y en

este punto los microorganismos inician un largo proceso de curación o

maduración. En esta etapa continúan ocurriendo reacciones que hacen que la

materia orgánica remanente se vuelva más estable y apta para usar como

mejorador de suelo.

Los microorganismos se desarrollan sobre la superficie de las partículas

orgánicas. Por lo tanto, cuanto menor es el tamaño de las partículas aumenta

la relación superficie/volumen y esto conduce a un aumento de la actividad

microbiana, el sustrato carbonado está más disponible y por consiguiente la

velocidad de descomposición aumenta. Por otra parte cuando las partículas

son demasiado pequeñas y compactas la circulación de aire en el interior de la

pila empeora, lo que disminuye la disponibilidad de oxígeno y el ritmo de

descomposición.

d.2. Humedad

El agua es necesaria para facilitar que los nutrientes estén disponibles a los

microbios y para que éstos puedan realizar sus procesos reproductivos,

metabólicos y asimilativos. Un contenido bajo de humedad inhibe la actividad

microbiana, a medida se va alcanzando el límite inferior, el proceso de

descomposición se hace más lento, si se reduce a menos del 8% toda la

actividad microbiana se detiene; por eso es que los alimentos secos y salados

pasan mucho tiempo sin arruinarse. Si el contenido de humedad es muy alto,

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se evita que el oxígeno esté disponible (condiciones anaeróbicas) para que los

microbios puedan digerir los desechos y se genera mal olor

En el proceso de compostaje es importante que la humedad alcance unos

niveles óptimos del 40-60 %. Si el contenido en humedad es mayor, el agua

ocupará todos los poros y por lo tanto el proceso se volvería anaeróbico, es

decir se produciría una putrefacción de la materia orgánica. Si la humedad es

excesivamente baja se disminuye la actividad de los microorganismos y el

proceso es más lento.

El contenido de humedad dependerá de las materias primas empleadas. Para

materiales fibrosos o residuos forestales gruesos la humedad máxima

permisible es del 75-85 % mientras que para material vegetal fresco, ésta

oscila entre 50-60%.

El contenido de humedad del material compostable varía mucho como se

muestra en la siguiente tabla:

Material Humedad relativa (%)Duraznos 80Lechuga 87Alimento seco (pellets) 10Diario 5

A menudo los materiales ricos en nitrógeno son muy húmedos y los ricos en

carbono son secos.

Combinando los distintos tipos de materiales se puede obtener una humedad

adecuada.

d.3. pH

Un rango de pH entre 5,5 y 8,5 resulta óptimo para los microorganismos del

compost. A medida que las bacterias y hongos digieren la materia orgánica se

liberan ácidos orgánicos. El pH influye en el proceso debido a su acción sobre

microorganismos. En general los hongos toleran un margen de pH entre 5-8,

mientras que las bacterias tienen menor capacidad de tolerancia (pH= 6-7,5).

Page 20: Proyecto Compost Para[1]

Consecuentemente, en las primeras fases del compost se produce una caída

del pH que favorece el crecimiento de los hongos (generalmente acidófilos) y la

ruptura de la celulosa y la lignina. En general los ácidos orgánicos son

posteriormente consumidos en fases posteriores. Sin embargo, si el ambiente

se vuelve anaeróbico la acumulación de ácidos como resultado de la

fermentación puede bajar el pH por debajo de 4,5 y limitar seriamente la

actividad microbiana.

d.4. Oxígeno

El oxígeno es esencial para mantener el metabolismo respiratorio que conduce

a la oxidación del material de la pila. Al comienzo de la actividad oxidativa la

concentración de oxígeno en los poros es cercana al 15-20 % (semejante a la

concentración de la atmósfera) y la de CO2 oscila entre 0,5 y 5 %. A medida

que la actividad biológica progresa el oxígeno cae y el CO2 aumenta. Si la

concentración de oxígeno cae por debajo del 5 % se crean condiciones de

anaerobiosis. Mientras la actividad anaeróbica se mantiene baja la pila actúa

como un biofiltro que atrapa y degrada los compuestos olorosos que resultan

de la descomposición anaeróbica. Cuando la actividad anaerobia aumenta por

encima de cierto límite se producen olores desagradables y el compost no

alcanza su estado maduro.

El suministro de oxígeno al material en descomposición se realiza mediante los

sistemas de aireación y/o volteo de cada tecnología. La aireación también

puede producirse de forma natural por ventilación pasiva cuando la mezcla

tiene una porosidad y una estructura que favorece el intercambio de gases por

fenómenos físicos: Difusión, evaporación, diferencias de temperaturas.

El compostaje es un proceso aeróbico, por lo que la presencia de oxígeno es

esencial. La concentración de oxígeno dependerá del tipo de material, textura,

humedad, frecuencia de volteo y de la presencia o ausencia de aireación

forzada.

d.5. Relación C/N equilibrada

Page 21: Proyecto Compost Para[1]

El carbono y el nitrógeno son los dos constituyentes básicos de la materia

orgánica. Por ello para obtener un compost de buena calidad es importante que

exista una relación equilibrada entre ambos elementos. Teóricamente una

relación C/N de 25-35 es la adecuada, pero esta variará en función de las

materias primas que conforman el compost. Si la relación C/N es muy elevada,

disminuye la actividad biológica. Una relación C/N muy baja no afecta al

proceso de compostaje, perdiendo el exceso de nitrógeno en forma de

amoniaco. Es importante realizar una mezcla adecuada de los distintos

residuos con diferentes relaciones C/N para obtener un compost equilibrado.

Los materiales orgánicos ricos en carbono y pobres en nitrógeno son la paja, el

heno seco, las hojas, las ramas, la turba y el aserrín. Los pobres en carbono y

ricos en nitrógeno son los vegetales jóvenes, las deyecciones animales y los

residuos de matadero.

Las relaciones C/N de materiales usados para el compost se muestran en la

siguiente tabla:

Materiales ricos en Carbono C/NHojas en otoño 30-80:1

Paja 40-100:1

Astillas de madera o aserrín 100-500:1

Papel 150-200:1 5

Diario o cartón corrugado 560:1

Pasto cortado 15-25:1

Estiércol 5-25:1

Materiales ricos en Nitrógeno C/NRestos vegetales 15-20:1

Café 20:1

d.6. Población microbiana.

Page 22: Proyecto Compost Para[1]

El compostaje es un proceso aeróbico de descomposición de la materia

orgánica, llevado a cabo por una amplia gama de poblaciones de bacterias,

hongos y actinomicetos.

6.3. Planteamiento del problema

6.3.1. Caracterización:Uno de los problemas que encontramos al realizar este proyecto de

investigación fue el tiempo de descomposición de la materia orgánica que en

un compostaje común es muy prolongado, por lo cual utilizaremos bacterias

activadas con berros y maguey como catalizador para acelerar dicho proceso y

así poder obtener un mejor producto sin contaminar el suelo y ahorrando

dinero.

6.3.2. Formulación del Problema

Pregunta general:

¿Cuáles son las condiciones de operación del fermentado de residuos

orgánicos por medio de bacterias activadas con extracto de berros y maguey

para mejorar el tiempo de compostaje?

Preguntas especificas:

¿Cuál es el procedimiento de activación de las bacterias para la mejora del

tiempo de compostaje?

¿Qué relación de carbono – nitrógeno es el buscado para la materia prima

del compostaje a estudiar?

¿Cuáles son los parámetros de operación de pH, temperatura y humedad,

en la fermentación con las bacterias activadas propuestas?

¿Cuál es la calidad del compost obtenido?

7. Hipótesis

Page 23: Proyecto Compost Para[1]

H1= el uso de bacterias activadas con extracto de berros y maguey influye en el

tiempo, temperatura y pH para la obtención del compost de alta calidad.

8. Metodología de Investigación

8.1 variables:

Variable controlada: pH; humedad

Variable independiente: tiempo (t), temperatura (Tº), Relación C/N

Variable dependiente: % N (calidad)

8.2 tipo de diseño: experimental factorial; 23

Tabla Nº2: matriz de experimentos

Nº VARIABLES RESULTADOSt (días) T (ºC) C/N I II III

1 30 40 25 * * *2 40 50 25 * * *3 30 40 25 * * *4 40 50 25 * * *5 30 40 35 * * *6 40 50 35 * * *7 30 40 35 * * *8 40 50 35 * * *

8.3 Población y muestra:

Población

Muestra

8.3.1. Población: Residuos orgánicos del Mercado Mayorista de Huancayo

8.3.2. Muestra: 10 kg de residuos orgánicos del Mercado Mayorista de Huancayo tomados en forma aleatoria.

Page 24: Proyecto Compost Para[1]

9. Programas de acciones

ACTIVIDADES 2011Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago.

Elaboración del proyecto

X x x

Recopilación bibliográfica

x x x

Preparación de materiales y reactivos

x x

Recopilación de datos

x X

Tratamientos de datos

x X

Resultados y discusión

X

Redacción del borrador del informe final

X x

Presentación y defensa de la tesis

x

10. Recursos

10.1. Entidad ejecutora: Facultad De Ingeniería Química.

10.2. Entidad patrocinadora: Facltad de Ingeniería Química

10.3. Instalaciones, equipos e instrumentos:

10.3.1. Instalaciones: Laboratorios de la facultad de Ingeniería

Química de la Universidad Nacional del Centro del Perú

10.3.2. Equipos, materiales e instrumentos:

Peachimetro

Termómetro

Page 25: Proyecto Compost Para[1]

Mufla

Balanza

Residuos orgánicos

Berros

Maguey

Bacterias de la unidad de producción de compost de la

provincia de Concepción

10.4. Ejecutores:

QUISPE CALERO Ronald

RUIZ FLORES Karim

11. Presupuesto y calendario de gastos

ACTIVIDADES 2010 2011 Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago.

Elaboración del proyecto

120 100 160

Recopilación bibliográfica

100 150 150

Preparación de materiales y reactivos

880 750 720

Recopilación de datos

100 150

Tratamientos de datos

80 120

Resultados y discusión

120

Redacción del borrador del informe final

150 150

Presentación y defensa de la tesis

200

Total del presupuesto: S/. 4200.00

Page 26: Proyecto Compost Para[1]

11. Referencias Bibliográficas

TESIS:

MAMANI QUISPE, Rosa y CASTRO CCORA, José Antonio. “enseñanza

y aprendizaje de la obtención del abono compost, en la asignatura de

biología” Tesis, UNCP, Huancayo 1995

CHILTON CAMACHO, Eduardo, “Compostaje altoandino, suelo vivo y

cambio climático”. CienciaAgro, Vol 2, 221- 227, 2010.

CARDONA ALZOTE, Carlos et. al., “Biodegradación de residuos

orgánicos de plazas de mercado”, Biotecnologia, Vol VI, Nº 002, pp 78-

89, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 2004.

OCHOA SOTO, Isabel, “Curso de compostaje en la UAM”, Universidad

Autónoma de Madrid, 2010. España.

CHANDLER, Cintia et. al., “Efecto de la aireación en el compostaje del

bagacillo de la caña de azúcar”, Universidad de Cadiz, Multiciencias, Vol

8, Nº 001, pp 19-27, Venezuela.

PÁGINAS WEB:

http://www.google.com.pe/compostaje/klm.htm

http://www.infoagro.com/abonos/compostaje2.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Compost

http://www.slideshare.net/jose1001/biologia-del-compostaje

http://www.microsoftencarta.com

http://www.cepis.org.pe/bvsacg/guialcalde/3residuos/3-4residuos.htm

http://www.webdehogar.com/jardineria/compost-compostaje-abono-

organico-elaboracion-componentes.htm