Estudio comparativo del proceso de compostaje a escala industrialAnálisis metagenómico y vinculación con los parámetros críticos de control del proceso

Resumen

El colapso ambiental provocado por numerosas actividades antropogénicas ha derivado, entre otros, en la acumulación masiva de residuos en vertederos o en la incineración descontrolada de los mismos. La gestión adecuada de este tipo de residuos pasa, irremediablemente, por la adaptación a un modelo de economía circular, mediante el cual se busca la conservación de los recursos naturales, el mantenimiento de la biodiversidad, el reciclaje y la reutilización de residuos, convirtiéndolos así en productos. Gran parte de estos residuos, a los que se les puede dar una segunda vida útil, se enmarcan dentro del grupo de los residuos biodegradables. Entre las alternativas más exitosas destinadas a la biotransformación de dichos residuos, destaca el compostaje por adecuarse a los conceptos actuales de sostenibilidad y bioeconomía, considerándose un proceso respetuoso con el medio ambiente y que no implica elevados costes. El compostaje es un proceso de biotransformación aerobia de la materia orgánica durante el cual se suceden diversas fases térmicas caracterizadas principalmente por la acción de diferentes poblaciones microbianas. El resultado de este proceso es un producto estable y maduro, compost, cuya principal aplicación se realiza a modo de enmienda húmica en agricultura. En España está legislado su uso, así como las características físico-químicas básicas que un compost debe cumplir para su comercialización. Sin embargo, a pesar de la idoneidad del proceso, el control del mismo se complica cuando se trata de dar el salto a escala industrial, ya que ni los volúmenes de trabajo, ni las condiciones operacionales, ni las materias primas son iguales en las distintas instalaciones dedicadas a la gestión de residuos orgánicos mediante compostaje. Aún más difícil es, por tanto, encontrar algún tipo de indicador físico-químico o biológico, que permita evaluar el desarrollo de procesos que se muestran a priori tan heterogéneos. El trabajo presentado en esta Memoria de Tesis Doctoral, se ha basado en el estudio exhaustivo de 15 procesos de compostaje a escala industrial, teniendo en cuenta la enorme diversidad en lo que se refiere a las materias primas originales (Residuo Vegetal, Residuos sólidos Urbanos, Lodos de Depuradora, Residuo Agroalimentario y Alpeorujo). Dicho estudio se llevó a cabo desde un punto de vista físico-químico, analizando múltiples parámetros relacionados con el ciclo del carbono y el nitrógeno, así como desde un punto de vista biológico, evaluando diversos indicadores enzimáticos y de biodiversidad. Destaca en este caso, el análisis metagenómico de los productos obtenidos a partir de los 15 procesos evaluados. En términos globales, los resultados revelaron perfiles fisicoquímicos y enzimáticos muy diferentes, así como diferentes grados de humificación según el tipo de proceso y material de procedencia, lo que sugirió que la vía de transformación de las distintas fracciones de carbono y nitrógeno podrían ser exclusivas de cada proceso y dependientes de las materias primas. Aun así, algunos parámetros estrechamente relacionados con el ciclo del carbono, como son las fracciones lignocelulósicas, la actividad amilolítica y β-glucosidasa, junto con algunos índices de humificación (HR y CAH/CAF) se posicionaron como buenos indicadores de la evolución óptima de un proceso de compostaje, ya que mostraron tendencias similares. Además, gracias al análisis metagenómico realizado, se establecieron importantes relaciones entre los índices de biodiversidad Chao1 y Shannon, y ciertos parámetros relacionados con la madurez, estabilidad y toxicidad de las muestras, tales como índice de nitrificación, tasa de humificación, contenido en compuestos fenólicos, índice de germinación o consumo de oxígeno. En conclusión, a pesar de la heterogeneidad y exclusividad de los procesos de compostaje estudiados, se puede afirmar que los microorganismos, mediante mecanismos diferentes, son capaces de llevar a cabo procesos adecuados de biotransformación de la materia orgánica, obteniéndose productos que cumplen, en términos generales, con los estándares de calidad agronómica. La conexión establecida entre parámetros de muy distinta naturaleza representa un avance en el conocimiento microbiano del compostaje y proporciona una nueva perspectiva para la mejor gestión y control del proceso a escala industrial.