Estudio de la dinámica microbiana durante la fase de maduración del compostaje de residuos orgánicosvermicompostaje como alternativa de tratamiento

Resumo

La fase de maduración del proceso de compostaje ha sido investigada en la bibliografía científica, generalmente, como parte de un proceso íntegro de compostaje mediante la determinación tanto de parámetros fisicoquímicos como biológicos. En menor medida, se han enfocado los estudios sobre criterios microbiológicos atendiendo únicamente a la fase de maduración del material pre-compostado. En general, en las plantas de compostaje la fase intensiva o bio-oxidativa se realiza empleando una tecnología y tiempo específicos y, separadamente, de la etapa de maduración. Esta etapa suele realizarse con menor seguimiento y control. Por lo tanto, se requiere mayor conocimiento del proceso biológico durante la estancia del compost fresco en la etapa de maduración, así como, determinar las posibles técnicas o aplicaciones que permitan mejorar u optimizar el proceso y los productos obtenidos. De esta manera, las investigaciones realizadas a lo largo de la tesis profundizan en la dinámica microbiana que dirige la transformación de los compuestos orgánicos que se sucede durante la fase de maduración del proceso de compostaje y durante el vermicompostaje como proceso alternativo o como proceso complementario de maduración del compost fresco. Para ello, se ha realizado el seguimiento de las actividades enzimáticas hidrolíticas (proteasa, β-glucosidasa, celulasa y fosfatasas), el perfil de ácidos grasos fosfolípidos (PLFAs) y la determinación de parámetros fisicoquímicos de calidad y madurez. Primeramente, se comparó la evolución de tres residuos de diferente origen (lodo municipal, estiércol de cerdo y lodo de depuradora de la elaboración de precocinados) durante la etapa de maduración tras una fase bio-oxidativa previa en reactor estático. El seguimiento del proceso demostró que la comunidad microbiana que es capaz de desarrollarse en un compost fresco en maduración depende del residuo de origen, de manera que, los microorganismos mesofílicos predominantes, capaces de recolonizar el compost tras las condiciones termofílicas, son similares a las comunidades microbianas predominantes del residuo de partida. La caracterización del residuo inicial es un proceso previo fundamental para poder establecer una fase de maduración adaptada a cada tipo de residuo. Posteriormente, se comparó la maduración estática con respecto a la maduración dinámica del residuo agroindustrial mediante la realización de volteos en función de los valores de temperatura. La maduración dinámica de este residuo energético permitió un mayor grado de degradación de la materia orgánica, mejores valores de estabilidad y madurez en menor tiempo, resultando en una sucesión microbiana hacia comunidades mesofílicas más estables. Finalmente, se evaluó el proceso de vermicompostaje como técnica alternativa a la fase de maduración del compost estudiando cómo afecta a la comunidad microbiana y a los parámetros bioquímicos la introducción de lombrices de tierra epigeas E. andrei en residuo fresco y pre-compostado. En la primera investigación se empleó lodo de aguas residuales de una depuradora municipal comparando el vermicompostaje de residuo fresco frente al vermicompostaje de residuo pre-compostado. En la segunda investigación se estudió la maduración del compost de estiércol de cerdo en condiciones estáticas frente a la maduración del compost en presencia de lombrices de tierra, incluyendo el vermicompostaje como proceso opcional al compostaje sensu estricto. Todos los residuos estudiados mostraron condiciones adecuadas para la supervivencia y el desarrollo de las lombrices de tierra lo cual pone de manifiesto la viabilidad de su uso para la valorización de sustratos de diferente origen. Así mismo, el vermicompostaje mejora el proceso de degradación biológica de los compuestos orgánicos y permite la obtención de vermicompost de calidad. Mientras que en el lodo de depuradora las comunidades microbianas dirigen de manera directa los procesos de degradación de la materia orgánica, en el estiércol de cerdo las interacciones lombrices-microbiota-sustrato son complejas y establecen la necesidad de estudiar conjuntamente la evolución de las comunidades microbianas y las actividades enzimáticas para determinar la estabilidad del proceso de degradación de la materia orgánica. Ambas, la estructura de la comunidad microbiana y las actividades enzimáticas, proveen importante información para el monitorio del proceso de compostaje y el vermicompostaje. La diferente relación entre los grupos microbianos y las actividades enzimáticas durante los distintos procesos informan del estado de degradación de la materia orgánica y la calidad de los composts y vermicomposts, así como, las necesidades de mayor o menor tiempo de proceso o de la implantación de diferentes intervenciones sobre el material. Los estudios muestran que la dinámica microbiana en conjunto con los parámetros fisicoquímicos ponen de manifiesto la viabilidad de los tratamientos para producir compost y vermicompost en condiciones adecuadas, así como, determinar las necesidades de optimización de los procesos, lo cual permite establecer criterios para seleccionar las mejores prácticas aplicables en una planta de tratamiento de residuos orgánicos.