“diseÑo, construcciÓn y operaciÓn de una compostera domÉstica para el tratamiento de residuos...
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“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