Modelación de la fase termofílica en un proceso de composteo

Abstract

En la actualidad existe una elevada generación de desechos orgánicos y otros por distintas industrias, estos desechos requieren de procesos controlados y lugares adecuados para su óptimo tratamiento. El composteo, que se basa en la degradación aerobia de materia orgánica a CO2, NH3+ y H2O con la generación de calor, es una de las técnicas más utilizadas en la actualidad para el tratamiento de desechos orgánicos. En este bioproceso existe una interrelación entre los parámetros físicos, químicos y biológicos. Dentro de los parámetros físicos el más importante es la temperatura ya que este parámetro determina el desarrollo de comunidades microbianas específicas, que a su vez permite la degradación de la materia orgánica y con la generación de calor se obtiene la eliminación de patógenos. Además, la eficiencia del bioproceso recae sobre un buen desarrollo de la fase termofílica. Por lo que el presente trabajo tuvo como objetivo modelar la fase termofílica en pilas de composta de diferentes dimensiones: 0.5m (PC1), 1m (PC2), 1.5m (PC3), 2m (PC4). La fase termofílica duró 24, 51, 101 y >153 días, las Tmax (° C) fueron de 62.7, 76.2, 75.5 y 66.1 para las pilas PC1, PC2, PC3 y PC4, respectivamente. A partir de la ecuación de transferencia de calor de Fourier se obtuvieron parámetros globales de difusión y generación de calor, con la ecuación de balance de energía se modeló perfiles de temperatura en diferentes puntos para pilas de composta de diferentes dimensiones. Finalmente, los resultados del presente trabajo muestran que el dimensionamiento de pilas de composta afecta la duración e intensidad (Tmax) de la fase termofílica durante un proceso de composteo. La distribución de temperaturas y la zona más caliente dentro de una pila de composta es diferente y cambia en el transcurso del tiempo. La duración e intensidad de la fase termofilica se ve afectada también: a) por la cantidad de materia orgánica, b) por los gradientes de humedad y densidad dentro de la pila y c) por la difusividad de calor desde la superficie de la pila hasta el medio ambiente.

Abstract Nowadays high organic waste is generated and others by different industries. These wastes require controlled processes and suitable locations for its optimum treatment. Currently composting, an aerobic process where organic matter is converted to CO2, NH3 +, H2O with heat generation, is one of the most common techniques used for the treatment of organic waste. Within this bioprocess physical, chemical and biological parameters interrelate. Temperature is the most important physical parameter because it allows the development of specific microbial communities, which in turn allows the degradation of organic matter and the heat generated allows the elimination of pathogens. Furthermore, the efficiency of this bioprocess lies on a good thermophilic phase. Moreover, this study aimed to model the thermophilic phase in composting piles of different dimensions. The thermophilic phase lasted 24, 51, 101 and >153 days for piles PC1, PC2, PC3 and PC4, respectively. The Tmax (° C) were 62.7, 76.2, 75.5 and 66.1 for piles PC1, PC2, PC3 and PC4, respectively. Temperature profiles were modeled in different points by using Fourier’s heat transfer equation. The size of a compost pile affects the duration and intensity (Tmax) of the thermophilic phase during the composting process. The temperature distribution and the hottest area within a compost pile is different and changes over time. The duration and intensity of the thermophilic phase is also affected by: a) the amount of organic matter, b) the density and humidity gradients within the pile and c) the heat diffusivity coefficient obtained from the surface of the pile to the environment. Finally, Fourier’s heat transfer equation allowed to obtain parameters such as: heat diffusivity coefficient and heat generation, which were useful to the development of temperature profiles in compost piles of different dimensions.