Introducción

En general: los residuos sólidos biodegradables se envían a los rellenos sanitarios; los residuos sólidos biodegradables suspendidos en el efluente son tratados en plantas de tratamiento primario Ver en Química Ambiental: Contaminación del aire y del agua, Stocker/Seager , Capítulo 13, Editorial Blume , Barcelona (1981), una descripción de sistemas de tratamiento de aguas residuales., principalmente, con operaciones unitarias de sedimentación y/o filtración y/o desgrasado y/o flotación de sólidos suspendidos (técnica DAF, Dissolved Air Flotatíon) . Los lodos generados mediante estas operaciones son también enviados a los rellenos sanitarios.

Los residuos líquidos /sólidos biodegradables disueltos en el efluente, generalmente, son tratados por métodos biológicos en las plantas de tratamiento de las empresas que proveen servicios de alcantarillado, tratamiento secundario, mediante técnicas como filtros percoladores o lodos activados.

En los rellenos sanitarios, los sólidos y lodos depositados sufren procesos de descomposición anaeróbica que generan gases como metano, sulfuro de hidrógeno y amoníaco entre los más abundantes. A la vez, producen lixiviados que se contaminan con metales pesados y elementos patógenos. Por lo tanto, el manejo del relleno es complicado: no solo es necesario disponer de los residuos sino también hacer que funcionen adecuadamente los sistemas de tratamiento de lixiviados y de captación y quema de gases. En el aspecto social, al tratarse de procesos anaeróbicos, se generan malos olores que hacen que las poblaciones se opongan al funcionamiento de rellenos sanitarios en sus comunidades. En el aspecto económico, el manejo de los rellenos sanitarios es costoso no solo durante su funcionamiento sino también después de concluido el servicio, toma alrededor de 30 años el tiempo necesario para su cierre asegurando que no haya emisión ni de gases ni de lixiviados .

Por otro lado, los residuos líquidos y sólidos biodegradables que son tratados por métodos biológicos, generalmente

requieren de personal técnico que solo puede ser solventado en plantas de tratamiento relativamente grandes; también, principalmente por la menor temperatura y la altura, en lugares como el altiplano boliviano, estas técnicas no funcionan adecuadamente. La baja temperatura reduce la actividad microbiológica y la baja presión atmosférica reduce la solubilidad de oxígeno en el medio acuoso que es

fundamental para los procesos aeróbicos de biodegradación. Además generan lodos de difícil disposición.

Antecedentes de la invención

En los últimos años se han desarrollado tratamientos

biológicos basados en el empleo de humus de lombriz para la remediación de materiales contaminados con residuos

peligrosos. Así, la patente WO002004073898A1 describe un proceso vermicular para la bio-remediación de asbestos, la patente US6838082B2 un proceso para la bio-remediación de lodos de perforación en la industria petrolera, contaminados con hidrocarburos aromáticos y parafinas y la patente

ES2340905A1 se ocupa del uso de vermicompost de alperujo para la descontaminación de suelos contaminados con hidrocarburos policiclicos aromáticos (PAH) que son altamente tóxicos y amenazan a la flora y fauna marina.

Estos ejemplos ilustran sobre la gran flexibilidad y

versatilidad de los procesos de descontaminación basados en el humus de lombriz. Pasando a tratamientos de residuos liquidos/sólidos

biodegradables , sólidos disueltos/suspendidos o líquidos disueltos en los efluentes industriales (RILES) o residuos industriales líquidos, la patente US020080251021A1 describe un sistema de tratamiento de residuos orgánicos utilizando vermicomposta e . El sistema provee a los residuos orgánicos condiciones termofílicas y obtiene una mezcla con una relación C/N (heno, maíz/orina) predeterminada, la cual es aplicada en forma de una capa delgada sobre una cama móvil de lombrices .

Esta cama de lombrices es mantenida en un régimen

dominantemente mesofílico y el vermicompost es separado selectivamente por la parte inferior de la cama en forma continua. El resultado es un sistema muy eficiente para la producción continua de humus de lombriz, pero se requiere una infraestructura de aparatos especializados (contenedores, separadores, mezcladoras, digestor móvil, sistema de

aireación, sistema de suministro de agua) . Las inversiones para la compra de esta infraestructura son elevadas y en muchos casos prohibitivas para realización de proyectos a escala industrial. La mayor parte de las patentes reportadas en los últimos años Patente Rusa Nr. RU2115639, Patente Rusa Nr. RU2115640, Patente Rusa Nr. RU2103868, Patente Americana Nr. US20090191613A1, Patente Americana Nr . US20030207443A1 tienen en común, con el ejemplo arriba mencionado, que para crear condiciones aeróbicas en la producción de humus de lombriz o para su realización industrial, están obligados a introducir aparatos de mayor o menor complejidad, aumentando de esta manera las inversiones para la realización de los proyectos.

La patente costarricense CR7465A ("Catálisis y estabilización de los procesos de compostaje de desechos sólidos mediante la incorporación de humus de lombriz") es la que más

específicamente se relaciona a la presente invención. Presenta un procedimiento de fabricación de abono orgánico que está dividido en tres partes. La primera parte tiene como objetivo el de presentar una formulación inicial que acelere el

arranque del proceso de compostaje y está constituida por la mezcla cruda de la materia prima. La segunda etapa consiste en el Apilamiento y acomodo en hileras del producto mezclado crudo en un invernadero, con el fin de que se inicie el

proceso de descomposición aeróbica. La tercera parte consiste en la aeración y procesamiento del producto en donde la mezcla cruda, colocada en hileras se voltea 8 veces por día, con un mini tractor o en forma manual para airearla.

Si bien el proceso es sencillo y no requiere de aparatos sofisticados, necesita de un invernadero para alcanzar y controlar la temperatura para iniciar el proceso de

descomposición aeróbica. Además, para mantener las condiciones aeróbicas en el proceso, las hileras deben ser volteadas 8 veces al día con un mini tractor o manualmente. Contrariamente a los exigentes requerimientos mecánicos en la patente anterior, la presente invención no necesita ningún aparato adicional para iniciar y mantener las condiciones aeróbicas del proceso ni de invernaderos para alcanzar y controlar la temperatura del mismo. En general, si bien existen muchos tratamientos biológicos de residuos

biodegradables de los efluentes de las industrias, no se tiene antecedentes del empleo de humus de lombriz para efectuar el tratamiento de residuos biodegradables tanto sólidos como sólidos disueltos/suspendidos o líquidos disueltos en los efluentes industriales (RILES o residuos industriales

líquidos) ; el humus de lombriz, generalmente, se emplea como acondicionador de suelos en la agricultura.

Por otro lado, en el contexto descrito, el uso de contenido ruminal, o material estomacal similar, como tal o en

combinación con humus de lombriz, para descomponer residuos biodegradables principalmente, de las industrias de bebidas y alimentos, basura doméstica y/o excretas de humanos y

animales, no tiene antecedentes en bibliografía especializada ni de patentes.

Descripción detallada de la invención.

La invención consiste en el empleo de humus de lombriz para descomponer residuos biodegradables, principalmente, de las industrias de bebidas y alimentos, basura doméstica y excretas de humanos y animales.

Lombriz en el contexto descrito comprende preferentemente las lombrizes de genus Eisenia. Preferentemente Eisenía foctida

(cogueta roja) y Eisenia andrei (lombriz roja de california) y muy preferentemente una variante híbrida de lombriz

(altiplánica criolla boliviana y californiana . El proceso utiliza mezclas de humus / material estomacal como contenido ruminal de animales especialmente rumiantes, como, por ejemplo, ganado vacuno, para estructurar pilas de compostaje.

Este contenido ruminal o similar es importante por dos razones: a) el elevado número de microorganismos (por

mililitro, cerca de 10 a 50 mil millones de bacterias, 1 millón de protozoos y cantidades variables de levaduras y de hongos) acelera la descomposición de manera significativa (alrededor de 2 semanas en clima frió) comparado a los tiempos de compostaje tradicional (3-6 meses en climas cálidos); b) la alta porosidad del humus, alrededor de 66% y del contenido ruminal debida a su contenido de fibra, en el orden de 20 a 35%, proporciona las condiciones aeróbicas al proceso para que se desarrolle sin necesidad de aparatos adicionales de aireación ni de mezcla (volteo) y sin producción de malos olores .

"Propiedades físicas de sustratos, base de los sistemas agrícolas urbanos", Rosa Orellana Gallego et. al., Instituto de Investigaciones Fundamentales en Agricultura Tropical

( INIFAT) , La Habana, Cuba CP 17200, "Utilización de contenido ruminal fresco sustituyendo al rastrojo de maíz en la

alimentación de vaquillas de finalización", Universidad

Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Tarimbaro, Michoacán (2007)

En lo operativo la invención comprende 4 pasos: a) la preparación de pilas para humucompostaj e : las pilas pueden hacerse con sólo humus de lombriz proveniente de un lombriario, o con mezclas de humus de lombriz y un material con alto contenido de microorganismos como, por ejemplo, el contenido ruminal de vacunos (cada mililitro de contenido ruminal contiene cerca de 10 a 50 mil millones de bacterias, 1 millón de protozoos y cantidades variables de levaduras y de hongos) ; b) la adición de residuos sólidos a estas pilas; c) la adición de residuos en estado liquido o lodos a las pilas ; d) la disposición del material humucompostado de las pilas en predios agrícolas y/o su reutilización en el procesamiento de más residuos biodegradables .

Las pilas deben tener una masa de alrededor de 10 toneladas para prevenir los cambios bruscos de temperatura al interior de las pilas por variaciones en la temperatura ambiente; por otro lado, la elevada porosidad del humus y de materiales semejantes al contenido ruminal permiten la circulación del aire al interior de la pila por ser materiales de alta porosidad que permiten la degradación aeróbica de las

sustancias biodegradables de manera eficiente y rápida sin la necesidad de realizar frecuentes volteos o la provisión de aire medíante compresoras.

En las pilas, la proporción Contenido ruminal/Humus de lombriz puede variar de 1 a 1 hasta 4 a 1. Cuanto mayor la proporción de humus, mejor será el desempeño de la pila pero, por otro lado, por ser el humus mucho más caro que el contenido ruminal, debe hallarse un compromiso entre cantidad y calidad del material en las pilas. En este sentido, en la práctica se ha determinado que una relación de 3 a 1 es un buen

compromiso . La adición de residuos sólidos que provengan de las industrias de bebidas y alimentos (por ejemplo .carnes frías y salchichas vencidas; grasas separadas en cámaras desgrasadoras, colágeno proveniente de caldos de cocimiento, etc) , se efectúa en cantidades de alrededor de 100 a 150 kg, en cada pila de alrededor de 9 toneladas de masa, durante 6 días a la semana.

En cada pila de alrededor de 9 toneladas de masa, durante 6 días a la semana, se efectúa la adición de residuos líquidos que provengan de las industrias de bebidas y alimentos (por ejemplo, residuos azucarados de las industrias de bebidas y de yogurt/leche provenientes de las industrias de lácteos, sangre de mataderos, etc) , en cantidades de alrededor de 100 a 150 litros de soluciones acuosas con contenidos de sólidos como azúcar o proteínas/grasas de leche en el orden de 10 a

Pese a trabajarse con líquidos azucarados por ejemplo, es notoria la ausencia de moscas y de generación de malos olores en las pilas para humucomposta e , lo que es una de las ventajas más importantes de la invención.

Después de haber efectuado el sexto depósito de material biodegradable líquido o sólido en una pila dada, se debe esperar por lo menos 7 días más para volver a efectuar depósitos en la misma pila.

Los depósitos empleando las mismas pilas pueden efectuarse durante 165 días realizando alrededor de 14 depósitos en el mismo lugar en una pila en particular.

Después de 165 días se puede proceder a una mezcla del

material de todas las pilas, por ejemplo el material de 7 pilas con 15 toneladas de contenido ruminal y erigir otras 7 pilas con las cuales se puede tratar el material biodegradable de la manera señalada otros 165 días.

Alternativamente, después de un mínimo de 2 semanas sin efectuar adiciones de material biodegradable, se tiene el humuconpost que puede ser llevado a tierras agrícolas para su empleo como mejorador de suelos. En general, sí bien la técnica de compostaje es bastante conocida, no es posible obtener compost en climas frígidos como el del altiplano en periodos tan cortos de tiempo. Además de requerir climas, por lo menos templados, y tiempos de por lo menos tres meses, el compostaje tradicional requiere el continuo volteo de las pilas, lo que implica un gasto significativo en mano de obra y combustible para las máquinas empleadas para este objeto. En muchos casos, cuando se tiene material relativamente fino para compostar, es necesario insuflar aire en el. interior de las pilas para hacer que el compostaje, que es un proceso

aeróbico, ocurra. Esto significa inversiones relativamente significativas en los sistemas de tuberías para airear al interior de las pilas y gastos de combustible para operar las compresoras requeridas.

En lo cuantitativo, en un periodo de 9 meses, de junio 2011 a marzo de 2012, se habían procesado, con alrededor de 10 toneladas de humus, en 8 pilas para humucomposta e : ~45 toneladas de contenido ruminal, -17.5 toneladas de residuos industriales líquidos y ~17.7 toneladas de sólidos biodegradables .

En lo cualitativo, es de esperarse que el humucompost, proveniente de las pilas de humucompostaj e , tenga niveles mínimos de metales pesados, por -provenir de residuos de los sectores de bebidas y alimentos, que tienen estrictos controles de calidad de la materia prima por estar destinados sus productos a la alimentación humana. Demuestran este potencial, los resultados de los primeros análisis, realizados en muestras de humucompost que se muestran en el Cuadro 1. Estos resultados, comparados a los establecidos por la norma chilena 2880, muestran que el humucompost producido seria de clase A.

Cuadro 1 Comparación de resultados de análisis de metales en humucompost con los de la Norma Chilena 2880

Humucom- Norma

post Pilas Chilena 2880

[mg/kg] (2)

(1) Clase Clase

A B

Arsénico 5.4 15 20 Total

Cadmio To1.1 2 8 tal

Cobre To22 100 1000 tal

Cobalto Total

Cromo Total < 0.11 120 600

Manganeso 423

Total

Mercurio nd 1 4 Total

Níquel Tond 20 80 tal

Plomo Total 24 100 300

Hierro To- 21239 · tal

Zinc Total 115 200 2000

Resultados de análisis provenientes de: Informe MO 11/12 de 10 de abril de 2012 del LCA/UMSA. Norma Chilena 2880 sobre máximos permitidos de metales pesados en compost (2004).

En cuanto a especificaciones fisicoquímicas que tienen que ver con el empleo del humucompost en aplicaciones agrícolas, el Cuadro 2 muestra resultados de los análisis y se los compara con los establecidos por la Noma Mejicana sobre calidad de humus NMX-FF-109-SCFI-2007. Excepto por el contenido de materia orgánica, el humus y humucompost de Tusequis

satisfacen todos los parámetros establecidos en la norma.

Cuadro 2 Comparación de resultados de análisis de humucompost con losde la norma mejicana NMX-FF-109-SCFI-2007

Humucompost

Norma

Pilas

Parámetros NMX-FF- Tusequis

Fisicoquimicos 109-SCFI- (1)

2007 pH acuoso 6.5 a 8.8 8.0

Conductividad eléctrica

< 2000 1990

[uS/cm]

Carbón orgánico [%] No 7.0

especifica

Materia orgánica [%] 20 a 50 12

Humedad gravimétrica [%] 30 a 60 40 Nitrógeno Total [%] 1 a 4 1.1

Fósforo disponible No 486

[ppm] especifica

Sodio intercambiable No 26

[cmol/kg] especifica

Potasio intercambiable No 10

[cmol/kg] especifica

Calcio intercambiable No 13

[cmol/kg] especifica

Magnesio inercambiable No 5.3

[cmol/kg] especifica

Acidez intercambiable No 0.19

[ cmol/kg] especifica

Capacidad de intercambio > 40 55 catiónico [cmol/kg]

Densidad aparente sobre 0.40 a 0.7 (4) materia seca [g/mL] 0.90

Resultados de análisis provenientes de: Informe MO 11/12 de 10 de abril de 2012 del LCA/UMSA.

El Cuadro 3 muestra la comparación de la lombriz Eisenia foetida y la híbrida según la invención

Lombricultura Lombricultura tradicional empleada para empleada para generación de humus generación de para humucomposta e humus

Lombriz Californiana Híbrida (california-

(Eisenia na/nativa altiplano foetida) La Paz-Bolivia)

Alimento de Principalmente Todo tipo de residuo lombriz estiércol de gaorgánico biodegrada- nado, frutas seble

leccionadas

Composta e previo Requiere No requiere

del alimento

Habitat Ambientes ^' Al aire libre,

controlados, en en lugares fríos lugares fríos como el altiplano de como el Bolivia

altiplano de Bo- livia

Temperatura de Alrededor de 15 Promedios anuales de trabaj o °C promedio temperatura (El Alto,

Bolivia) :

6,8 °C (temperaturas medias)

13.7 °C (temperaturas altas)

0.7 °C (temperaturas bajas) Cuadro 4 muestra la comparación de los compostajes mediante lombriz, Eisenia fectida y la híbrida según la invención

Compos aje Compostaje según tradicional la invención

Lombriz Californiana Híbrida (california- (Exsenla na/natíva altiplano foetida) La Paz-Bolivia)

Tiempo de 3 a 6 meses en

composta e clima tropical (20

requerido para a 35 °C) Alrededor de 15 días emplearse en 6-8 meses en clima en clima frío, temlabores agrícolas templado (15 a 20 plado y tropical (- °C) 5 a 40 °C)

8 a 12 meses en

clima frío (-5 a

15 °C)

Control del pH Es necesario añaEl pH se autocontro- dir ácidos o bases la mediante el humus para neutralizar de lombriz

substratos básicos

o ácidos

Volteo con equipos Requiere No requiere

mecánicos

Insuflación de Requiere algunas No requiere

aire veces

Presencia de Hay No hay

moscas

Emisión de malos Hay No hay

olores

Generación de Hay No hay lixiviados

Generación de Casi permanente Esporádico

ruido

Incremento en No se determinó 260% en quínua* producción 300% en papa*

agrícola en una

dosificación de

alrededor de 3

tm/Ha

Volteo con equipos Requiere No requiere

mecánicos

Insuflación de Requiere algunas No requiere

aire veces

Presencia de Hay No hay

moscas

Emisión de malos Hay No hay

olores

Generación de Hay No hay

lixiviados

Generación de Casi permanente Esporádico

ruido

* Tesis de licenciatura de agronomía en la Universidad Mayor de San Andrés de: Juan Paco Huallpa (quínua, 2011); Angélica Uruchi Cahuaya (papa, 2013) .

Según un otro operativo de la invención, el proceso utiliza humucompost, junto con humas de lombriz y lombrices,

distribuido en el suelo, preferentemente de un predio forestado. Esta distribución se alcanza por medio de capas a una cierta profundidad, por ejemplo 30 cm (capa arable) . La primera capa está constituida de humus de lombriz y suelo proporciones ampliamente variables, por razones económicas es recomendable una mayor proporción de suelo, por ejemplo en el caso del tratamiento de aguas de alcantarillado, una relación una relación de 30% humus/70% de suelo es óptima.

La segunda capa está constituida por humucompost con lombrices o mezcla de lombrices. La altura de esta capa puede ser variable, cuanta más alta más efectiva es la biofiltración . En el caso el del tratamiento de aguas de alcantarillado es recomendable una altura de 30 cm y una cantidad de

humuscompost con lombrices adultas de 100/ m ² "

Según un otro operativo de la invención, el proceso que utiliza lombrices, humus y/o humucompost para tratar, mediante biofiltración, material biodegradable contenido en efluentes acuosos provenientes de cuerpos de agua contaminados, como por ejemplo lagos, ríos, sistemas de alcantarillado o similares. Estos cuerpos de agua pueden estar contaminados con restos orgánicos biodegrables , insecticidas, metales pesados tóxicos y otros contaminantes.

Según un otro operativo de la invención, el proceso que siembra y cultiva plantas, por ejemplo césped, en toda la superficie del biofiltro, como una tercera capa. La cantidad de capas, de acuerdo al tratamiento de aguas especifico puede ser mayor a tres.

El humucompost también puede emplearse en el tratamiento aeróbico/anaeróbico de aguas con menores contenidos de

contaminantes como las provenientes de sistemas de

alcantarillado, DQO en el orden de 100 - 500 g/L de DQO. El humucompost, junto con humus de lombriz y lombrices,

distribuido en el suelo de un predio forestado funciona como un biofiltro de material contaminante biodegradable. El área empleada fue de 60 m de largo (30 m superiores con una

pendiente de 5% y los restantes 30 m con una pendiente de 1 %) por 40 m de ancho. En toda el área se. removió y mezcló la capa arable, alrededor de 30 cm de profundidad, con humus de lombriz en una proporción 30% humus/70% de suelo. A esta capa se añadió otra capa de 30 cm de humucompost con lombrices en una- cantidad de 100 lombrices adultas/m ² . Luego se cubre toda el área con una capa de suelo de 3 cm y se siembra plantas por ejemplo el césped. El siquiente paso es bombear el agua a tratarse a la parte superior del biofiltro e inundar toda la superficie. Después de un tiempo de 2 dias se abre la válvula en la parte inferior del filtro y se realiza la filtración. La recuperación del agua alcanzó el 50% y el otro 50% queda ab- sorbida en el biofiltro. Este Proceso que durante más tiempo o replicado por más veces puede permitir obtenerse agua apta para riego y /o para consumo animal.

El agua servida, 263 g/L de DQO, una vez biofiltrada, con 128 g/L de DQO es desaguada del biofiltro y es colectada mediante una laguna impermeabilizada con una geomembrana.