Development of composting technology for biofertiliser production

La intensificacion de los sistemas de produccion porcina puede causar un exceso de produccion de purines en areas donde el suelo agricola disponible para su aplicacion directa es limitado o insuficiente. El compostaje ha demostrado ser una herramienta de gestion viable y respetuosa con el medio ambiente para el tratamiento de los purines de cerdo, basada en la recuperacion de los nutrientes, y minimizando los problemas ambientales asociados con estos subproductos y permitiendo el almacenamiento y el transporte seguros del excedente de nutrientes a areas agricolas donde su aplicacion es necesaria. Esta tesis se centra en el desarrollo de la tecnologia de compostaje para el tratamiento de los purines de cerdo con residuos vegetales, como agentes estructurantes, para la produccion de fertilizantes organicos de calidad mediante la optimizacion de las condiciones de compostaje y la calidad del compost, para finalmente, evaluar la capacidad fertilizante de los compost en condiciones agronomicas. La parte central de esta tesis consiste en cuatro publicaciones en revistas internacionales que abordan los siguientes aspectos: 1. Seleccionar el agente estructurante adecuado para el co-compostaje de la fraccion solida del purin de cerdo (SFP) y su implicacion en la mitigacion de gases de efecto invernadero; 2. Determinar la influencia de la proporcion del agente estructurante en el proceso de compostaje y las emisiones de gases de efecto invernadero; 3. Identificar la transformacion de materia organica (MO) durante el compostaje del purin de cerdo en diferentes escenarios; y 4. Cuantificar la eficiencia fertilizante de los compost producidos y determinar el riesgo potencial de lixiviacion de nitratos. En la primera publicacion, se realizaron ensayos de auto-calentamiento con mezclas de SFP y cuatro agentes estructurantes diferentes, utilizando un reactor de compostaje a nivel de laboratorio. Las muestras tomadas al inicio y al final de dicho experimento se incubaron aerobicamente para evaluar la biodegradabilidad de las mezclas y su influencia en la reduccion de las emisiones de CO2, y por lo tanto en la conservacion de C. Los resultados indicaron que las mezclas elaboradas con residuos de desmotado de algodon y poda de jardin favorecian un rapido incremento de la temperatura, con el desarrollo de valores elevados, lo que podria suponer un mejor desarrollo del proceso de compostaje. Sin embargo, el uso de la cana de maiz redujo las emisiones de CO2 debido a su lenta descomposicion, lo que podria constituir una estrategia adecuada para la conservacion del C durante la gestion de los purines mediante compostaje. En la segunda publicacion, la influencia de la proporcion del agente estructurante en el compostaje de la SFP se estudio en una planta piloto de compostaje, enfocado hacia el desarrollo del proceso y las emisiones de gases de efecto invernadero. Se prepararon dos mezclas de SFP y de desmotado de algodon a diferentes proporciones, utilizando el sistema de pila estatica Rutgers, en una planta a escala piloto. Los resultados indicaron que la pila con la mayor proporcion de agente estructurante tuvo las temperaturas mas elevadas, con una fase termofila mas larga y mayor demanda de aireacion; pero la degradacion de la materia organica fue menor que en la pila con menor proporcion de residuo de algodon, reduciendo las emisiones de CH4 y N2O. Las propiedades termicas del agente estructurantes fueron responsables del perfil termico logrado. La mineralizacion de la MO fue mas rapida en la pila con una mayor proporcion de SFP, con perdidas de N mas elevadas asociadas a las emisiones de amoniaco. Por tanto, la evolucion de la temperatura durante el compostaje de la fraccion solida del purin de cerdo se asocio a las propiedades termicas del agente estructurante, mientras que las emisiones gaseosas se relacionaron con el proceso de degradacion de la materia organica. Ambos compost producidos eran estables, con un buen grado de madurez; el compost con la mayor proporcion de fraccion solida de purin logro una materia organica con mayor grado de humificacion y concentraciones de nutrientes mas elevados. En la tercera publicacion, se utilizaron distintas tecnicas analiticas (analisis termogravimetrico, CP MAS RMN y espectroscopia FT-IR) para estudiar los cambios de la MO durante el co-compostaje de la fraccion solida de purin con residuo de desmotado de algodon. Se estudiaron muestras de los experimentos anteriores en planta piloto y tambien de un ensayo a nivel real in granja, utilizando diferentes proporciones de las materias primas y diferentes tipos de sistema de compostaje. Los resultados de los metodos termogravimetricos mostraron la degradacion de la MO mas labil durante el compostaje; RMN mostro una disminucion de los carbohidratos y un aumento de los compuestos alifaticos durante el compostaje, debido a un efecto de concentracion. Ademas, la espectroscopia FT-IR fue una tecnica util para estudiar la tendencia de los polisacaridos y los nitratos como compuestos indicativos de las transformaciones de la MO durante el compostaje. En la cuarta publicacion, el valor fertilizante del compost producido a partir de la fraccion solida de purin de cerdo y del desmotado de algodon se evaluo en un ensayo en macetas usando cesped como planta testigo. Tambien se evaluo el riesgo potencial de lixiviacion de nitratos en el suelo despues de eventos de lluvia intensos. El experimento se desarrollo en macetas de doble fondo que permiten la recogida de los lixiviados. Los resultados mostraron que ambos compost fueron capaces de aumentar la produccion de biomasa y la fertilidad del suelo, con respecto al tratamiento control. Los valores de eficiencia agronomica relativa (EAR) del N del compost alcanzaron el 47%, indicando una mineralizacion parcial de las formas de N organico; la EAR del P del compost alcanzo 56 y 75 % para los compost con mayor y menor proporcion de fraccion solida, respectivamente, y la alta solubilidad del K en ambos compost llevo a altos valores de EAR para este nutriente. Las altas concentraciones de Cu y Zn de los compost no afectaron negativamente al desarrollo de las plantas, ni crearon una gran acumulacion de metales en el suelo; las perdidas de N por lixiviacion fueron bajas, especialmente con la dosis mas alta de compost. Se ha planteado el escenario agronomico para el uso de compost de forma que suministre la proporcion de nutrientes adecuada para una eficiente fertilizacion de los cultivos.