“DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE UNA COMPOSTERA DOMÉSTICA PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS DE LA CIUDAD DE QUITO” KAREN SOFÍA GUERRERO.

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1 “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

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

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

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

5 RESIUDOS SÓLIDOS URBANOS (RSU)
Proliferación de vectores Problemas de los RSU Epidemias Triple repercusión ambiental: Contaminación Desperdicio de recursos Necesidad de espacios disponibles Países e ingresos Bajos: % Medianos: % Altos: %

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

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

8 ETAPAS DEL PROCESO DE COMPOSTAJE AEROBIO
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.

9 Relación carbono-nitrógeno (C/N)
CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA COMPOSTAJE ÍTEM Observaciones Tamaño de Partícula 25 y 27 mm. Relación carbono-nitrógeno (C/N) * 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.

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

11 ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO
Relación C/N: Para determinar la composición porcentual para las RSO y Aserrín Residuos comida Aserrín Para 1 Kg Humedad 70% 40% Agua 0,7 Kg 0,4 Kg Masa seca 0,3 Kg 0,6 Kg %N 2,90% 0,08% Kg N 0,0087 Kg 0,00048 Kg C/N 14 200 Kg C 0,1218 Kg 0,096 Kg 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: 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

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

13 Materia orgánica se representa sobre una base molar
ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO Requisitos de aire Relación molar de la materia orgánica RELACIÓN MOLAR COMPONENTE SIN H2O CON H2O Carbono 60,0 Hidrógeno 94,3 156,3 Oxígeno 37,8 69,1 Nitrógeno 1,0 Materia orgánica se representa sobre una base molar Ca Hb Oc Nd Transformación biológica aerobia de los RSO

14 ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE DISEÑO
Requisitos de aire O2 requerido para degradar x Kg de RSO, se parte desde los SVB. Moles a Kg (PM) (SV) = 0,93 * ST (SVB) = 0,60 * SV Eff. conversión de los SVB = 95% O2 requerido = Kg O2 Kg SVB convertidos Aire: 23% en masa de oxígeno. Peso específico aire: 1,202 Kg/m3 Kg SVB * Kg O2 Aire requerido = Kg SVB = m3 de aire KgO2/Kgaire * ʆ (Kgaire/m3aire )

15 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 V = Kg RSO/ Familia*semana ʆ RSO (Kg/m3) V aserrín= Kg aserrín/ Fam. * semana ʆ aserrín V = aserrín m3 V = RSO m3 V Funcional = V aserrín + V RSO V Real= 1.1 * V Funcional

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

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

18 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 UFC Concentración de microorganismos por mL N: Número de UFC (Unidades formadoras de Colonias). V: Volumen inicial. D: Dilución UFC/mL = N * V * D 68 * 1 . 1mL * 10-8 68 X 108 UFC/ 0,5 g

19 RESULTADOS Humedad: 56% Requerimientos de aire: 2,0449 Kg O2/Kg SVB.
PPC 0,75 Kg/hab*d Volumen (L) Bandeja de fermentación 37 Bandeja de maduración 26 Reservorio de lixiviados 1,53 RSO 8,67 Kg/F.*sem ASERRÍN 7,61 SUMA 16,28 Humedad: 56% Requerimientos de aire: 2,0449 Kg O2/Kg SVB. Caudal: m3/min.  Relación C/N: 1,139 Kg de RSO por 1 Kg Aserrín. 4½ tazas de aserrín por cada 5 tazas de RSO. Control del pH: 0,63 g de royal-- 25 g de RSO. Para (5 tazas RSO) g  cda. llena. Inóculo bacteriano: 5 tazas de RSO 1 cdta. 6,5 Kg de compost para maduración c/2 sem.

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

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

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

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

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

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

26 GRACIAS