Respirometría aplicada al proceso de compostaje

Fundamentos de la respirometría

El compostaje es un proceso natural de descomposición aeróbica en el que los microorganismos transforman la materia orgánica biodegradable en CO₂, H₂O y un producto final estable e higienizado, el compost.

La madurez y la estabilidad son parámetros importantes para determinar la calidad de un compost. La madurez se usa para describir si un compost es adecuado para un determinado uso final. Normalmente la madurez está relacionada con el potencial de crecimiento de las plantas o la fitotoxicidad. Por su parte, la estabilidad se define en términos de biodisponibilidad de la materia orgánica, refiriéndose a su grado de descomposición. Un material se considera inestable si contiene una elevada proporción de materia fácilmente biodegradable. El conocimiento del grado de estabilidad de la materia orgánica, bien durante la evolución de un proceso biológico, bien en el producto final, es de gran importancia.

La respiración se considera una medida de la actividad biológica. Este parámetro puede proporcionar una medida fiable y repetitiva de la actividad microbiológica de un material. Las técnicas respirométricas consisten en la medida del O₂ consumido o el CO₂ producido por los microorganismos heterótrofos aerobios que hay en el compost, y en consecuencia son indicadoras de la actividad biológica de una material. Diferentes índices respirométricos, obtenidos mediante diferentes técnicas, están siendo ampliamente utilizados para determinar el nivel de actividad biológica en muestras de compost. De forma general, el índice respirométrico (IR) se puede definir como la velocidad de consumo de O₂ o la producción de CO₂ de una muestra de compost en unas condiciones de ensayo determinadas (figura 1).

Figura 1. Curvas de consumo de oxígeno asociado a la respiración de un residuo.

Respirómetros

Los métodos respirométricos más aceptados en la actualidad se basan en medir el consumo de O₂ durante la incubación de una muestra sólida del residuo en cuestión. En el mercado existen diferentes equipos comerciales disponibles que pueden alcanzar precios elevados, aunque la construcción del mismo no es muy compleja (Figuras 2, 3 y 4). La expresión del índice obtenido y sus condiciones de ensayo dependen del método utilizado, aunque las más habituales son en unidades de masa de oxígeno consumido por unidad de masa de materia seca o volátil de residuo y por unidad de tiempo.

Figura 2. Esquema de un respirómetro para medida en estado sólido.

Figura 3. Imagen de un respirómetro para medida en estado sólido.

Figura 4. Imagen del residuo sólido en el respirómetro.

Aplicación para el seguimiento de procesos de compostaje

Una aplicación muy interesante de la respirometría en los procesos de compostaje es el seguimiento de la actividad biológica, puesto que otras variables tradicionalmente usadas pueden dar información errónea, como es el caso de la temperatura, dada la tendencia del calor a retenerse en matrices sólidas. Así pues, la medida del índice respirométrico es muy útil cuando se quieren detectar problemas de funcionamiento como un exceso o déficit de humedad durante el proceso, una mala formulación de la mezcla inicial, por ejemplo, por falta de porosidad y cualquier otro comportamiento anómalo que se detecte. Desde este punto de vista, la respirometría es, en un proceso de compostaje, la variable que permite su monitorización continua, así como la determinación de la eficiencia del tratamiento biológico del residuo.

Por ejemplo, en la Figura 5 se puede observar el seguimiento respirométrico de un proceso de compostaje de un residuo orgánico a escala real, en el cual se utilizaron dos proporciones de material estructurante: una baja (círculos) y una alta (triángulos). Como se puede observar, la evolución del índice respirométrico indicó claramente que una proporción alta de material estructurante generó unos resultados óptimos en términos de degradación de la materia orgánica.

Figura 5. Seguimiento respirométrico de un proceso de compostaje.

En el caso de los residuos compostados que procedan de actividades ganaderas, y que tengan como destino la aplicación agrícola, la respirometría es una técnica adecuada para el seguimiento del proceso ya que permite asegurar la optimización del proceso en términos de:

- Reducción de masa, volumen y humedad de un material. - Estabilización de la materia orgánica previa aplicación al suelo. - Asegurar la no producción de malos olores.

Aplicación como medida de estabilidad de residuos

Una de las recientes aplicaciones de los índices respirométricos es su uso para determinar la estabilidad biológica de un material. En la Tabla 1 se muestran los límites de estabilidad propuestos por diferentes autores y los más utilizados en diferentes países para determinar si un material es estable biológicamente. A partir de este límite de estabilidad se decide posteriormente cual es el destino del residuo, por ejemplo, su destino a vertedero o su aplicación agrícola.

No obstante, es necesario señalar que no existe un límite establecido en España ni estandarizado en Europa, aunque ciertas instituciones proponen utilizar los del Borrador de Directiva Europea de Bioresiduos (1,0 mg O₂ g^-1 VS h^-1).


Tabla 1. Valores límite de estabilidad de residuos basados en índice respirométrico.

Valor de estabilidad	Institución que lo propone
1,0 mg O2 g-1 VS h-1	Unión Europea (borrador)
0,5 mg O2 g-1 VS h-1	US Department of Agriculture / US Composting Council
5 mg O2 g-1 TS 96 h-1	Alemania y Austria
0,6 mg O2 g-1 VS h-1	Italia (Región Veneto)
1,0 mg O2 g-1 VS h-1	Italia (Región Lombardia)
35 - 50 mg O2 g-1 VS 96 h-1	American Society for Testing and Materials