“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE UNA

COMPOSTERA DOMÉSTICA PARA EL TRATAMIENTO DE

RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS DE LA CIUDAD DE

QUITO”

KAREN SOFÍA GUERRERO COBA

30 de Enero del 2013

PROBLEMÁTICAPROBLEMÁTICA

EMASEO:

•1700 Ton/día

•PPC: 0,75 Kg/hab.d

Lixiviados

RSO

DQO: 30 000 mg/L

JUSTIFICACIÓNJUSTIFICACIÓN

En la ciudad de Quito, se recicla menos del

8%

En la ciudad de Quito, se recicla menos del

8%

Alternativas para disminuir la generación de RSO

Alternativas para disminuir la generación de RSO

Problema ambientalProblema ambiental

Transformación y reutilización mediante el compostaje

Transformación y reutilización mediante el compostaje

Compostera doméstica

OBJETIVOSOBJETIVOS

Diseño, construcción y operación de una compostera doméstica para el tratamiento de los residuos sólidos orgánicos de la ciudad de Quito.

Manual de instrucciones

Diseño de una compostera doméstica

Variables de diseño y operación

3 estratos socioeconómicos

Construir y operar

Eficiencia del compostaje

Relación costo – beneficio

Problemas de los RSU

RESIUDOS SÓLIDOS URBANOS (RSU) RESIUDOS SÓLIDOS URBANOS (RSU)

Proliferación de vectores

Epidemias

Triple repercusión ambiental:

•Contaminación•Desperdicio de recursos•Necesidad de espacios disponibles

• Bajos: 40-85 %• Medianos: 20-65 %• Altos: 6-30%

Países e ingresosPaíses e ingresos

Compostaje Compostaje

Compostaje en biorreactorCompostaje en hileras Compostaje en pila estática

• Calor• Aire • Microorganismos

Compite con relleno sanitario y e incineración a pesar de su baja rentabilidad.

Mas de 30 sistemas de compostación

Mas de 30 sistemas de compostación

Compostaje Compostaje

• Bacterias • Actinomycetes• Protozoos • Hongos

• Bacterias • Actinomycetes• Protozoos • Hongos

(106 – 108) UFC/g inicio al proceso de descomposición.

Micelios degradan lignina

Sustancias húmicas y fúlvicas

Consumen microorganismos

Inóculos bacterianos: Liofilización

• Sublimación, extracción al vacío.

• Lio-protectores

• Sublimación, extracción al vacío.

• Lio-protectores

ETAPAS DEL PROCESO DE COMPOSTAJE AEROBIO ETAPAS DEL PROCESO DE COMPOSTAJE AEROBIO

1. Fase Latencia y crecimiento (Mesófila)

• 40°C nitrificación y oxidación de compuestos reducidos de S, P pH bajos.

• Microorganismos mesófilos azúcares, carbohidratos, almidones y proteínas en ácidos orgánicos simples.

2. Fase de fermentación (Termófila)

•(60-75)°C degrada la celulosa y mueren patógenos.

•Ácidos orgánicos simples CO2 y H2O pH aumenta.

3. Fase de maduración (Mesófila)

•Decrecen Microrganismos mesófilos y termófilos aumenta actinomicetos degradan lignina restante.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA COMPOSTAJE CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA COMPOSTAJE

ÍTEM ObservacionesTamaño de Partícula 25 y 27 mm.

Relación carbono-nitrógeno (C/N)

20 - 25. * Con relaciones más bajas NH3 e impide la actividad biológica. * Con relaciones más altas N, nutriente limitante.

Contenido en humedad (50-60)%Mezcla y Volteo Prevenir el secado o encostramiento.

Temperatura 50 – 60°C, óptimo 55°C.

Control de Patógenos 60 °C

Requisitos de aire En base a la materia orgánica se calcula el aire necesario. Asegurar 50 % de aire inicial.

Control de pH Rango entre 7 a 7,5. Mayor a 8,5: pérdida de nitrógeno como NH4.

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

Identificación de la materia primaIdentificación de la materia prima

Muestreo de la materia prima Muestreo de la materia prima

Análisis de laboratorio de materia prima

Análisis de laboratorio de materia prima

Aislamiento e identificación de bacterias compostadorasAislamiento e identificación de bacterias compostadoras

Liofilización de inóculos bacterianos

Liofilización de inóculos bacterianosAnálisis de las variables de diseño

Diseño de la compostera

 

Construcción de compostera

Parte mecánica

Parte electrónica

Dosificación de la materia primaDosificación de la materia prima

Manual de operacionesManual de operaciones

Operación de la compostera

 

Operación de la compostera

 Obtención del producto

 

Obtención del producto

 Relación costo -beneficio  Relación costo -beneficio  

ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO

Relación C/N:

Para determinar la cantidad de RSO que se necesita añadir a 1Kg de Aserrín para lograr la relación C/N entre 20-25, idealmente se realizará el cálculo con 25:

Para determinar la composición porcentual para las RSO y Aserrín

Residuos comida AserrínPara 1 Kg

Humedad 70% 40%Agua 0,7 Kg 0,4 KgMasa seca 0,3 Kg 0,6 Kg%N 2,90% 0,08%Kg N 0,0087 Kg 0,00048 KgC/N 14 200Kg C 0,1218 Kg 0,096 Kg

C = 25 = C en 1 Kg de aserrín + n (C en 1 Kg de RSO ) N N en 1 Kg de aserrín + n (C en 1 Kg de RSO ) 

C = 25 = C en 1 Kg de aserrín + n (C en 1 Kg de RSO ) N N en 1 Kg de aserrín + n (C en 1 Kg de RSO ) 

Kg RSO = 1 Kg de aserrín

ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO

% Humedad = a * 100 a + b  

Humedada = Masa de agua de la mezclab = Masa seca de la mezcla

• pH ideal (7 – 7,5)

• RSO pH (4 – 6)

• Polvo de hornear Uso en el hogar

Control del pH

RELACIÓN MOLAR

COMPONENTE SIN H2O CON H2O

Carbono 60,0 60,0

Hidrógeno 94,3 156,3

Oxígeno 37,8 69,1

Nitrógeno 1,0 1,0

Relación molar de la materia orgánica

ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO

Requisitos de aire

Transformación biológica aerobia de los RSO Transformación biológica aerobia de los RSO

Materia orgánica se representa sobre una base molar

Materia orgánica se representa sobre una base molar

Ca Hb Oc Nd

ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO

Requisitos de aire

Moles a Kg (PM)O2 requerido para degradar x Kg de RSO, se parte desde los SVB.

• (SV) = 0,93 * ST

• (SVB) = 0,60 * SV

• Eff. conversión de los SVB = 95%

O2 requerido = Kg O2 Kg SVB convertidos 

O2 requerido = Kg O2 Kg SVB convertidos  Kg SVB * Kg O2 Aire requerido = Kg SVB = m3 de aire KgO2/Kgaire * ʆ(Kgaire/m3aire )

 

• Aire: 23% en masa de oxígeno.• Peso específico aire: 1,202 Kg/m3

DISEÑO DE LA COMPOSTERA DOMÉSTICA

Volumen bandeja de fermentación

PPC orgánicos domiciliarios = (PPC de RSU) * (% de RSO) * (% de RSO dom.)Familia promedio * 7 días = Kg/ Familia * semana

PPC orgánicos domiciliarios = (PPC de RSU) * (% de RSO) * (% de RSO dom.)Familia promedio * 7 días = Kg/ Familia * semana

V = Kg RSO/ Familia*semana RSO (Kg/mʆ 3)V = RSO m3V = RSO m3

V aserrín= Kg aserrín/ Fam. * semana aserrínʆ 

V Funcional = V aserrín + V RSO 

V Funcional = V aserrín + V RSO V Real= 1.1 * V FuncionalV Real= 1.1 * V Funcional

V = aserrín m3V = aserrín m3

DISEÑO DE LA COMPOSTERA DOMÉSTICA

V Bandeja maduración = V funcional * (1-0,3) * 1,1 V Bandeja maduración = V funcional * (1-0,3) * 1,1

Volumen bandeja de maduración

Reducción en volumen entre un (30 – 50)%.Reducción en volumen entre un (30 – 50)%.

V Funcional = V agua del material compostable * (1-0,6) * (1-0,85) V Funcional = V agua del material compostable * (1-0,6) * (1-0,85)

Volumen reservorio de lixiviados

Masa seca del material de mezcla: 60 %.Evaporación: 85 %.

1

2

21

Análisis de identificación taxonómica

Liofilización 4 cepas

bacterianas

Liofilización 4 cepas

bacterianas

Lio-protector: almidón de yuca

ANÁLISIS MICROBIOLÓGICOS DE INÓCULOS BACTERIANOS

Concentración de microorganismos por mL

UFC/mL = N * 1 . V * D 

UFC/mL = N * 1 . V * D 

N: Número de UFC (Unidades formadoras de Colonias).V: Volumen inicial.D: DiluciónN: Número de UFC (Unidades formadoras de Colonias).V: Volumen inicial.D: Dilución

ANÁLISIS MICROBIOLÓGICOS DE INÓCULOS BACTERIANOS

Sol. Madre: 1,0 mL (suero fisiológico) 0,5 g (muestra liofilizada)

• Volumen de asa: 100 uL• 8 diluciones liofilizado muy concentrado• Dilución total: 10-8

Conteo total de colonias: 68 UFCConteo total de

colonias: 68 UFC

68 * 1 .1mL * 10-8

68 * 1 .1mL * 10-8 68 X 108 UFC/ 0,5 g

RESULTADOSRESULTADOS

Control del pH:•0,63 g de royal-- 25 g de RSO. •Para (5 tazas RSO) -- 15 g cda. llena.

Control del pH:•0,63 g de royal-- 25 g de RSO. •Para (5 tazas RSO) -- 15 g cda. llena.

Relación C/N: •1,139 Kg de RSO por 1 Kg Aserrín.•4½ tazas de aserrín por cada 5 tazas de RSO.

Relación C/N: •1,139 Kg de RSO por 1 Kg Aserrín.•4½ tazas de aserrín por cada 5 tazas de RSO.

Humedad: 56%

Requerimientos de aire: •2,0449 Kg O2/Kg SVB. •Caudal: 0.0056 m3/min. 

Volumen (L)

Bandeja de fermentación 37

Bandeja de maduración 26

Reservorio de lixiviados 1,53

Inóculo bacteriano: 5 tazas de RSO 1 cdta. Inóculo bacteriano: 5 tazas de RSO 1 cdta.

PPC 0,75 Kg/hab*d

RSO 8,67 Kg/F.*semASERRÍN 7,61 Kg/F.*semSUMA 16,28 Kg/F.*sem

6,5 Kg de compost para maduración c/2 sem.

Utilidad establecida para la producción unitaria de la Compostec: 27,5%.

PVP: 1767,52 USD.

Manual, Guía, Etiquetas e Inotec

Utilidad establecida para la producción unitaria de la Compostec: 27,5%.

PVP: 1767,52 USD.

Manual, Guía, Etiquetas e Inotec

RESULTADOSRESULTADOS

Marca madre de la compostera doméstica Rubros Costo(USD)

Materiales utilizados 227,59Mano de obra directa 775,00

Mano de obra indirecta 383,70TOTAL 1386,29

EMASEO y EMGIRS

25´765 260, 46 USD/año.

Producción industrial

8,52 años

387,0 c/u

No hidroliza la caseína o el almidón pero degrada catalasa y gelatina.

DISCUSIÓNDISCUSIÓN

Inóculos bacterianos liofilizados

• Aerobio facultativo.• Hidroliza caseína y almidón.

• Aerobio facultativo.• Hidroliza caseína y almidón.

• No esporulado. • Corynebactrium.• Hidroliza caseína y

catalasa, no degrada almidón.

• No esporulado. • Corynebactrium.• Hidroliza caseína y

catalasa, no degrada almidón.

Microbacterium spp.

100x

Bacillus firmus

Bacillus sphaericus

100x

100x

Cu y Zn: (100ppm y 200ppm). Todos dentro del rango.  Cu y Zn: (100ppm y 200ppm). Todos dentro del rango.  

DISCUSIÓNDISCUSIÓN

Análisis de compost final de los 3 estratos socioeconómicos

% Humedad: (˃ 40%) rodea el 65%.rodea el 65%.

(C.E.): (Clase A ≤ 5 mS/cm, clase B de (5-12) mS/cm).Estrato bajo: 12,3 mS/cmEstrato bajo: 12,3 mS/cmEstrato medio y alto: Fuera de rangoEstrato medio y alto: Fuera de rango

(C.E.): (Clase A ≤ 5 mS/cm, clase B de (5-12) mS/cm).Estrato bajo: 12,3 mS/cmEstrato bajo: 12,3 mS/cmEstrato medio y alto: Fuera de rangoEstrato medio y alto: Fuera de rango

pH: (Clase A : 7,0-8,0; Clase B: 6,5-8,5 y compost inmaduro: 6,0-8,5. Estratos alto y medio: Clase AEstratos alto y medio: Clase AEstrato bajo: Clase BEstrato bajo: Clase B

Relación (C/N): ˂18. Todos dentro del rango. Relación (C/N): ˂18. Todos dentro del rango.

N: ˃ 1%. Todos sobre 1,66%. 1,66%.

M.O.: ˃ 35 %. Todos sobre 46 %.

Costo/ año de mantenimiento y operación: 138,76 USD.

DISCUSIÓNDISCUSIÓN

Relación costo-beneficio de la Compostec

Monto de inversión inicialPVP de la Compostec: (1767,52 USD).

Valor actual de ingresos2 USD la funda de 2,5 Kg. AbotecGanancia anual de 135,57 USD.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

GRACIASGRACIAS