Elaboración de Abono Fermentado Tipo Bokashi a Partir de ...

Elaboración de Abono Fermentado Tipo Bokashi a Partir de Residuos Sólidos Orgánicos con inoculación

microbiana

Giovanny Rizzo Caicedo

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería y Administración

Maestría de Ingeniería agroindustrial

Palmira, Colombia

2018

Elaboración de Abono Fermentado Tipo bokashi a Partir de Residuos

Sólidos Orgánicos con inoculación microbiana

Giovanny Rizzo Caicedo

Trabajo de grado maestría en profundización presentada como requisito parcial para

optar al título de:

Magister en Ingeniería Agroindustrial

Directora:

Liliana Serna Cock Doctora en Ingeniería

Línea de Investigación:

Agroindustria de Productos no Alimentarios

Grupo de Investigación:

Bacterias Acido Lácticas y sus Aplicaciones Biotecnológicas Industriales

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería y Administración

Departamento de Ingeniería Agroindustrial

Palmira, Colombia

2018

Resumen y Abstract V

Resumen

En este trabajo se estudió el proceso de obtención de abono tipo bokashi a partir de

residuos de cocina utilizando microorganismos eficientes (EM), Weissella cibaria,

Lactobacillus plantarum y Sacharomyces cereviciae, se realizó seguimiento de

temperatura, pH, humedad y carbono orgánico total (COT). Al producto final se le

determinó nitrógeno total, relación carbono nitrógeno C/N, densidad aparente y porosidad,

contenido de micronutrientes, micronutrientes y contenido de metales pesados.

Dentro de los resultados se evidenció que la adición de EM, aceleró el proceso de

fermentación. En los tratamientos con EM la máxima temperatura (51,3 °C) alcanzada se

obtuvo alrededor de los 20 días y se estabilizó después de los 26 días, en el tratamiento

control la máxima temperatura se alcanzó a los 30 días y no se evidenció temperatura de

estabilización (en el tiempo utilizado para este estudio). El contenido de humedad para

los tratamientos se encontró en un rango entre el 50 y 60 %, a diferencia del tratamiento

control que estuvo por debajo del 40%. El contenido de COT varió entre 17,62 y 23,51

g/Kg para los tratamientos y fue menor en los que se adicionaron EM. Dentro de las

variables más importantes se encuentra la relación C/N, cuyo valor para los tratamientos

con EM variaron entre 11,549 y 21,573 lo cual está dentro de la relación C/N menor a 20

considerándose abonos de calidad. La densidad aparente varió entre 0,45 y 0,708 g/mL

los cuales se encuentra dentro de los valores de 0,4 a 0,7, y la porosidad se encontró en

el rango entre 46,2 y 57,9 % a diferencia del tratamiento control que estuvo en 40,64%,

permitiendo la aireación del abono y el crecimiento radicular de plantas. Dentro del

contenido de micronutrientes es importante resaltar la cantidad de fosforo (P) y potasio

(K), el cual varió entre 3,5 % a 3,80 % y 2,20% a 2,56 % respectivamente, y fue mayor al

tratamiento control. Finalmente, en cuanto al análisis de metales pesados (As, Cd, Co, Cr,

Mn, Se, Zn, Cu, Fe, Ni y Pb) se evidenció que los resultados obtenidos están dentro del

intervalo correspondiente, siendo valores menores al límite máximo permitido según la

norma técnica colombiana NTC 5167.

VI Elaboración de Abono Fermentado Tipo Bokashi a Partir de Residuos Sólidos

Orgánicos con inoculación microbiana

Palabras clave

Bokashi, microorganismos eficientes, fermentación, bacterias acido lácticas.

Contenido VII

Abstract

This paper studied the process of obtaining bokashi composting from kitchen waste using

efficient microorganisms such us (EM), Weissella cibaria, Lactobacillus plantarum and

Sacharomyces cereviciae. It was carried out monitoring of temperature, pH, humidity and

total organic carbon (TOC). Nitrogen, carbon nitrogen ratio C / N, bulk density and porosity,

micronutrient content, micronutrients and heavy metal content was determinated to the

finished product.

The results show that the addition of EM accelerates the fermentation process. The

maximum temperature (51,3 °C) reached for the treatments was in about 20 days and it

was stabilized after 26 days for EM treatments, compared with the control whose maximum

temperature was reached after 30 days and there was not observed stabilization

temperature in the time used for this study. The moisture content for the treatments were

in a range between 50 and 60% unlike the control treatment that is was below 40%. The

organic carbon total (TOC) varied between 17,62 and 23, 51 g / Kg for the treatments and

was lower in those that added EM. Among the most important variables are the C / N ratio,

whose value for EM treatments varied between 11,549 and 21,573, which is within the

lowest ratio, 20 which are considered as quality fertilizers. For the measurement of the

apparent density, the values vary between 0.45 and 0.708 g / ml which varied between 0.4

to 0.7, and the porosity the measurement interval of the treatment is found in the range

between 46.2 and 57.9% unlike the control treatment that was in 40.64%, allowing the

aeration of the fertilizer and the root growth of plants Within the content of micronutrients,

it is relevant to highlight the amount of phosphorus (P) and potassium (K), which varied

between 3.5% to 3.80% and 2.20% to 2.56% respectively, and was higher than control

treatment. Finally, as for the analysis of heavy metals (As, Cd, Co, Cr, Mn, Se, Zn, Cu, Fe,

Ni and Pb) it is evident that it is below than the results obtained are within the corresponding

range, being values lower than the maximum limit allowed according to the Colombian

technical norm NTC 5167-

Keywords: Bokashi, efficient microorganisms, fermentation, lactic acid bacteria.

Contenido IX

Contenido

Pág.

Resumen ......................................................................................................................... V

Abstract......................................................................................................................... VII

Lista de figuras .............................................................................................................. XI

Lista de tablas .............................................................................................................. XII

LISTA DE ANEXOS ...................................................................................................... XIV

Introducción .................................................................................................................... 1

1. Generalidades .......................................................................................................... 3 1.1 Planteamiento del problema ............................................................................... 3 1.2 Justificación ........................................................................................................ 6 1.3 Hipótesis ............................................................................................................ 9 1.4 Pregunta de investigación .................................................................................. 9 1.5 Objetivos .......................................................................................................... 10

1.5.1 Generales ...................................................................................................... 10 1.5.2 Específicos .................................................................................................... 10

2. Marco Teórico ......................................................................................................... 11 2.1 Residuos .......................................................................................................... 11

2.1.1 Clasificación de los residuos .......................................................................... 11 2.2 Abonos orgánicos............................................................................................. 12 2.3 Compost ........................................................................................................... 13 2.4 Abono orgánico bokashi ................................................................................... 15

2.4.1 Preparación de bokashi ................................................................................. 15 2.4.2 Factores que afectan la elaboración de bokashi ............................................ 17 2.4.2.1 Temperatura ................................................................................................. 17 2.4.2.2 pH ................................................................................................................ 18 2.4.2.3 Humedad ...................................................................................................... 18 2.4.2.4 Carbono orgánico total ................................................................................. 18 2.4.2.5 Nitrógeno total .............................................................................................. 18 2.4.2.6 Relación carbono/nitrógeno (C/N) ................................................................ 19 2.4.2.7 Macronutrientes ............................................................................................ 20 2.4.2.8 Metales pesados .......................................................................................... 20 2.4.2.9 Organismos patógenos................................................................................. 20 2.4.3 Criterios para determinar la calidad del abono. .............................................. 20 2.4.4 Microorganismos eficientes (EM) ................................................................... 22

X Elaboración de Abono Fermentado Tipo Bokashi a Partir de Residuos Sólidos


2.4.5 Bacterias ácido lácticas ................................................................................. 23 2.4.6 Weissella cibaria ........................................................................................... 23 2.4.7 Lactobacillus plantarum ................................................................................. 24 2.4.8 Levaduras ..................................................................................................... 24

2.5 Nutrientes y factores de crecimiento ................................................................. 25 2.6 Normatividad ..................................................................................................... 25

3. Estado del arte ....................................................................................................... 29

4. Metodología ............................................................................................................ 33 4.1 Determinación del efecto de utilizar levadura y bacterias ácido lácticas sobre el grado de mineralización, tiempo de fermentación, y relación C/N de un abono tipo bokashi ........................................................................................................................ 33

4.1.1 Adecuación del sustrato ................................................................................ 33 4.1.2 Preparación del inoculo ................................................................................. 33

4.2 Fermentación de residuos ................................................................................. 34 4.3 Medición de variables de respuesta .................................................................. 36

4.3.1 Medición de Nitrógeno por el método Kjendhal ............................................. 37 4.3.2 Medición del grado de mineralización del abono tipo bokashi. ...................... 37

4.4 Diseño experimental ......................................................................................... 39

5. Resultados y discusión ......................................................................................... 41 5.1 Temperatura ..................................................................................................... 41 5.2 pH ..................................................................................................................... 43 5.3 Humedad .......................................................................................................... 45 5.4 Carbono orgánico total (COT) ........................................................................... 47 5.5 Nitrógeno total .................................................................................................. 48 5.6 Relación carbono/nitrógeno (C/N) ..................................................................... 49 5.7 Densidad aparente y porosidad ........................................................................ 50 5.8 Contenido de macronutrientes .......................................................................... 52 5.9 Contenido de metales pesados ......................................................................... 53

6. Conclusiones y recomendaciones ....................................................................... 55 6.1 Conclusiones .................................................................................................... 55 6.2 Recomendaciones ............................................................................................ 56

Contenido XI

Lista de figuras

Pág.

Figura 1-1: Distribución de residuos generados en la Institución Vicente Borrero

Costa (2014) ……………………………………………………………………………………6

Figura 2-1: Comparación de diferentes etapas del proceso de fermentación de

residuos con relación a la temperatura y pH ................................................................... 13

Figura 4-1: Montaje artesanal a pequeña escala para la fermentación de residuos

orgánicos para la producción de abono tipo bokashi ...................................................... 35

Figura 5-1: Comportamiento de la temperatura durante 36 días del proceso de

fermentación en la elaboración de abono tipo bokashi con inoculación microbiana para 6

tratamientos y el control (curva normalizada). ................................................................ 42

Figura 5-2: Comportamiento del pH durante 36 días del proceso de fermentación en

la elaboración de abono tipo bokashi con inoculación microbiana para 6 tratamientos y el

control (curva normalizada). ........................................................................................... 44

Figura 5-3: Comportamiento de la humedad durante 36 días del proceso de

fermentación en la elaboración de abono tipo bokashi con inoculación microbiana para

6 tratamientos y el control. ............................................................................................. 46

Figura 5-4: Comportamiento de la concentración del carbono orgánico total (COT)

durante 36 días del proceso de fermentación en la elaboración de abono tipo bokashi con

inoculación microbiana para 6 tratamientos y el control (curva normalizada). ................ 47

Contenido XII

Lista de tablas

Pág.

Tabla 1-1: Característica de diferentes tipos de reciclaje de residuos sólidos orgánicos

(Külcü & Yaldiz, 2014). ...................................................................................................... 7

Tabla 2-1: Parámetros de caracterización que se deben garantizar en elaboración de

fertilizantes o abonos orgánicos obtenidos a partir de residuos sólidos urbanos ............. 26

Tabla 2-2: Metales pesados analizados en abonos orgánicos y fertilizantes con los

Límites máximos permitidos en mg/Kg. ........................................................................... 27

Tabla 2-3: Límites permitidos de macro contaminantes presentes en fertilizantes o

abonos orgánicos. ........................................................................................................... 27

Tabla 4-1: Tratamientos a utilizar en el proceso de inoculación para la fermentación de

residuos sólidos orgánicos .............................................................................................. 36

Tabla 5-1: Resultado análisis estadístico ANOVA de la temperatura de estabilización

de la elaboración de abono tipo bokashi con inoculación microbiana para 6 tratamientos y

el control. ……………………………………………………………………………………..43

Tabla 5-2: Resultado análisis estadístico ANOVA del pH en la elaboración de abono

tipo bokashi con inoculación microbiana para 6 tratamientos y el control. ..................... 44

Tabla 5-3: Resultado análisis estadístico ANOVA de la humedad de la elaboración de

abono tipo bokashi con inoculación microbiana para 6 tratamientos y el control. ............ 46

Tabla 5-4: Resultado análisis estadístico ANOVA del contenido de carbono orgánico

total (COT) en la elaboración de abono tipo bokashi con inoculación microbiana para 6

tratamientos y el control .................................................................................................. 48

Tabla 5-5: Resultado de la concentración inicial y final con el análisis estadístico

ANOVA de la concentración de nitrógeno de la elaboración de abono tipo bokashi con

inoculación microbiana para 6 tratamientos y el control. ................................................. 48

Tabla 5-6: Resultados de análisis y prueba estadística ANOVA de la relación C/N de la

elaboración de abono tipo bokashi con inoculación microbiana para 6 tratamientos y el

control. ……………………………………………………………………………………..49

Tabla 5-7: Resultados de análisis y prueba estadística ANOVA de la densidad

aparente y la porosidad de abono tipo bokashi con inoculación microbiana para 6

tratamientos y el control. ................................................................................................. 51

Tabla 5-8: Resultados de análisis y prueba estadística ANOVA de macronutrientes de

la elaboración de abono tipo bokashi con inoculación microbiana para 6 tratamientos y el

control. ……………………………………………………………………………………..52

Contenido XIII

Tabla 5-9: Resultados de análisis de metales pesados en la elaboración de abono tipo

bokashi con inoculación microbiana para 6 tratamientos y el control. ............................. 53

XI

V

Elaboración de Abono Fermentado Tipo Bokashi a Partir de Residuos Sólidos


LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo 1: Tablas de datos para loas variables de temperatuta, ph, humedad y cot……59

Anexo 2: Análisis de varianza efecto de la adición de microorganimos para los

parámetros de carbono, nitrógeno y relación C/N ………………………………………….61

Anexo 3: análisis de nitrógeno por la adición de microorganimos por método kendhal..74

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