Elaboración de abono orgánico a partir de los desechos de las moscas de Hermetia illuscens L (Díptera: stratiomyiidae)
Metodología de la investigación II
Curso:5-3
Integrantes
- Naranjo León Jason
- Pazmiño Jurado Viviana
- Pelay Fajardo Fabián
- Reinoso Onofre Dayanna
Contenido
1.2Clasificaciones científicas y características
3. Condiciones
del proceso de compostaje
3.Distribución física del lugar de trabajo
6. Cría,
reproducción y cuidado de Hermetia
illucens
VI. Ensayos de
Bio conversión – Diseño Experimental
VII. Resultados,
discusiones y conclusión
Producción de residuos orgánicos por sector en la ciudad de
Guayaquil
Utilización de trampas para la
captura de Hermetia Illuscens
Bioconversión de residuos orgánicos para los diferentes
sustratos de Hermetia illuscens
I. Introducción
La producción de insectos en micro granjas puede ser una
solución alternativa y sostenible a las fuentes convencionales de proteínas para
alimentar animales de abasto, reduciendo la presión sobre áreas de cultivo, así
como otras tensiones medioambientales. Los insectos son un componente
natural de la dieta de animales, incluyendo peces, aves, reptiles y mamíferos.
Por lo cual, a continuación se detallara la funcionalidad de la Hermetia illuscens de apariencia elegante que a simple vista puede ser
confundida con una avispa. Solamente tiene dos alas que a comparación de las
avispas estas cuentan con 4 alas, la mosca soldado negra no posee aguijón.
Hermetia illuscens L
(Díptera: stratiomyiidae)
La mosca Hermetia Illuscens, conocida como soldado negra puede ser criada en cautiverio para que se alimenten de desechos orgánicos. Sus larvas y el excremento pasan a un pre-secado y luego al tamizador que separa al excremento de las larvas. El excremento puede ser utilizado como abono para los cultivos. La biomasa generada por las larvas también podría recolectarse para obtener sus proteínas y ácidos grasos(Ewusie & Kwapong, 2019).
la mosca soldado negra existe en diferentes regiones climáticas en todo el mundo y que por lo general, este tipo de insectos consumen varios tipos de desechos orgánicos en descomposición (por ejemplo, estiércol de ganado, materiales vegetales y excrementos humanos) y convierten los desechos en fertilizantes orgánicos.
Ciclo de vida
Presentan un potencial para ser utilizadas como tratamiento biotecnológico en el manejo y aprovechamiento de los residuos orgánicos del sector agrícola y agropecuario.
Las larvas de esta especie son voraces, resistentes y muy versátiles, logrando alimentarse de una amplia variedad de materia orgánica.
La crianza de H. illuscens está diseñada para producir orgánicos de gestión de residuos, y también para la producción de alimentos para peces y animales, pero esta no ha recibido la atención adecuada, a pesar de su inmensa perspectivas y potencial económico.
En el sector de los balanceados se requieren nuevas fuentes sostenibles de proteínas y, al mismo tiempo, mejores. Se requieren prácticas de gestión de residuos para disminuir y reciclar los residuos de alimentos de los consumidores (residuos domésticos orgánicos y de restauración), que actualmente se utilizan para la producción de energía o se descargan como desperdicio (Gligorescu & Fisher, 2020).
Características
- Es un díptero de la familia (Stratiomyidae)que se distribuye por todas las regiones tropicales y subtropicales del planeta.
- Presenta un ciclo de vida de dos meses y una reproducción exponencial; una sola hembra puede ovopositar entre 300 a 1000 huevos.
- Las larvas de esta especie son voraces, resistentes y muy versátiles, logrando alimentarse de una amplia variedad de materia orgánica.
- Debido a esto, las larvas presentan un potencial para ser utilizadas como tratamiento biotecnológico en el manejo y aprovechamiento de los residuos orgánicos del sector agrícola y agropecuario.
Planteamiento del problema
La pérdida de alimentos a lo largo de la cadena de suministro se ha convertido en un tema de gran interés en el mundo, debido a que afecta la seguridad alimentaria de la sociedad. Uno de estos eslabones de la cadena de distribución de alimentos son las centrales de abasto local, donde diariamente se pierden importantes cantidades de alimentos especialmente por carencia de protocolos de post-cosecha.
El conocimiento del manejo agronómico de los cultivos es un factor importante al momento de cultivar y fertilizar, por tanto, se requiere información precisa de los insumos a emplear. Estas necesidades responden directamente a la demanda del marcado actual, el cual cada día incrementa el interés a nivel mundial.
En la producción de plantas y cultivos bajo un sistema de fertilización orgánica que sea ecológicamente saludable y que además contribuya al desarrollo de una agricultura con alto grado de sustentabilidad. En general, los abonos orgánicos son portadores de nutrientes en baja concentración, por lo que se hace necesario aplicar grandes dosis para suministrar los nutrientes requeridos.
Por consiguiente se tiene como objetivo el optimizar el diagrama de flujo y de proceso para el procesamiento de abono orgánico mediante el aprovechamiento de estiércol de pollo, cerdo, res y larvas de mosca soldado negra, empleando herramientas de simulación como es el caso del simulador de procesos industriales y la herramienta de optimización de diagrama de flujo.
Objetivos
Objetivo general
- Optimizar el diagrama de flujo y de proceso para el procesamiento de abono orgánico mediante el aprovechamiento de estiércol de pollo, cerdo, res y larvas de mosca soldado negra, empleando herramientas de simulación como es el caso del simulador de procesos industriales y la herramienta de optimización de Diagrama de flujo.
Objetivos específicos
- Simular el proceso de obtención de abono orgánico en el simulador de procesos industriales de tal manera que se logre apreciar en la simulación las corrientes de entrada y salida.
- Aplicar la optimización del proceso de abono orgánico mediante la herramienta de Diagrama de flujo estandarizando cada uno de las variables de entrada y salida.
- Por otro lado, las larvas de esta especie consumen vorazmente diferentes residuos orgánicos como: residuos del sector agrícola y restaurantes, estiércol y mortandad de diferentes animales, reduciendo drásticamente la carga de nutrientes, ayudando a acelerar los procesos de descomposición y generando un sustrato óptimo para utilizarlo como biofertilizante.
Formulación del planteamiento
¿Qué efecto tendrá el uso de abono orgánico a partir de desechos orgánicos de las moscas Hermetia Illuscens sobre nuestros cultivos?
Justificación
Las larvas de mosca soldado tienen una amplia gama de sustratos para su alimentación, ya sea plantas, animales o restos de comida, esto ocurre durante su etapa larval. Por esto es importante el tipo de alimento que se suministre porque de eso dependerá su desarrollo, crecimiento y su energía almacenada para su fase adulta, ya que no se alimenten, solo se reproducen
La descomposición por especies biológicas es una alternativa prometedora debido a la recuperación de nutrientes a partir de desechos. El tratamiento de larvas de MSN es una de las tecnologías que reúne tres términos principales: Compostaje de desechos, recuperación de nutrientes y generación de ingresos en su aplicación, lo que la hace una alternativa que se destaca con respecto a las otras pues se considera de bajo costo, bajo mantenimiento, requiere una operación menos sofisticada, tiene una baja huella ecológica y un potencial económico más alto.
El compost es un abono orgánico, proveniente de un proceso llamado compostaje,
resulta de la transformación de la mezcla de desechos orgánicos de origen animal y vegetal,
que han sido descompuestos bajo condiciones controladas. Entre sus beneficios ayuda a
mejorar las propiedades químicas incrementando la capacidad de intercambio catiónico y
aumenta el contenido de macronutrientes y micronutrientes.
Los residuos sólidos en las industrias, tienen un alto contenido de minerales y son
aptas para la degradación por lo que poseen una alta viabilidad para ser tratadas por
métodos biológicos, se busca dar una solución sostenible y mejorada al proceso del
compostaje tradicional, dando uso a uno de los insectos más estudiados recientemente por
su capacidad de producir subproductos de valor y un nuevo nicho a la economía de países
en desarrollo.
Actualmente en la agricultura ecuatoriana, se está dando importancia al uso de
alternativas que permitan recuperar y conservar la actividad microbiológica del suelo, de tal
forma que se logre una producción optima sin deteriorar el medio ambiente, dentro de estas
alternativas se encuentra el uso de abonos orgánicos, bio fertilizantes, abonos verdes y
6
coberturas. Su aplicación ha permitido incrementar los contenidos de materia orgánica del
suelo.
Viabilidad
El país afronta grandes problemáticas en el tratamiento de basuras debido a la alta
generación de estas mismas, la poca separación de los residuos y el bajo
aprovechamiento de los que se pueden reciclar, además se le suma la mala
disposición final de las basuras pues esta se hace sin tener en cuenta asuntos
técnicos que podrían evitar los impactos negativos en el medio ambiente.
Como punto inicial se buscarán fuentes productoras de mayor cantidad de material
orgánico, siendo estas las plazas de mercado en Guayaquil. Ubicadas en diferentes
localidades de la ciudad. Con nuestros recursos nos movilizaríamos en camionetas para
conseguir la mayor cantidad de desechos orgánicos para alimentar a las larvas de la mosca
soldado negro H. illucens
Los residuos sólidos de las plazas de mercado, tienen un alto contenido de minerales
y son aptas para la degradación por lo que poseen una alta viabilidad para ser tratadas por
métodos biológicos, por tal motivo este proyecto busca dar una solución sostenible y
mejorada al proceso del compostaje tradicional, dando uso a la mosca soldado, dado su
capacidad de producir subproductos de valor y una manera de ser amigable con el medio
ambiente.
En la producción agrícola se ha dado uso a la incorporación de enmiendas, que
aporten a la planta los nutrientes necesarios para lograr su expresión genética y mejoren las
condiciones físicas, químicas y biológicas del suelo, en donde además, el rendimiento de un
cultivo depende de la especie, variedad, nutrición, clima, suelo y manejo. Los abonos
orgánicos suministran algunos elementos esenciales y mejoran algunas propiedades físicas,
químicas y biológicas del suelo.
En la actualidad existen diversos tratamientos para el manejo y aprovechamiento de
los residuos orgánicos porcícolas. No obstante, los más utilizados presentan inconvenientes que imposibilitan el manejo de la totalidad de los residuos, por ejemplo: los largos tiempos
de conversión o los altos costos de implementación y mantenimiento.
Debido a lo anterior
se hace indispensable impulsar procesos de investigación y desarrollo enfocados en nuevas
tecnologías, métodos de producción y operación que se acoplen a los diferentes sistemas de
producción porcícola.Igualmente, es importante que sean ambientalmente sanos,
económicamente accesibles, que aporten al cumplimiento de la normatividad relacionada al
buen manejo de los residuos porcinos y que contribuyan a la optimización del uso de
recursos naturales, la competitividad y el desarrollo del sector porcícola.
Este insecto, se destaca por tener un alto índice de conversión alimenticia y un
compostaje eficiente, además de tener sustancias bioactivas en los extractos de larvas que
ilustra a futuro la posibilidad de un cultivo masivo de estas mismas para el uso de bienestar
humano y animal. Otro aspecto a destacar es que la especie se puede cultivar y cosechar en
instalaciones simples que no requieren grandes habilidades operativas y respecto a otros
insectos tienen la ventaja de convertir los desechos en alimento, generar valor y cerrar los
circuitos de nutrientes a medida que reducen la contaminación y los costos.
También en el ámbito económico representa oportunidades de empleo y nuevas
formas de ingreso puesto que resaltan la capacidad de transformarse en un elemento
empresarial rentable y sostenible ya que promueve el reciclaje y la reutilización de recursos
e impactos ambientales mínimos.
Las larvas proveen un servicio de tratamiento de desechos ideal, ya que se pueden
criar y cosechar de forma simple y económica y contribuyen a secar y disminuir malos
olores en los residuos al aumentar la aireación y bajar significativamente el potencial
contaminante del residuo, produciendo en cambio un material utilizable como abono
orgánico que puede ser vendido en forma de producto secundario, lo que aumenta la
rentabilidad del sistema.
II. Marco Teórico
1. El insecto
Hermetia illucens (Linnaeus, 1758), mejor conocida como mosca soldado negra
(MSN, o BSF por sus siglas en inglés) es un insecto perteneciente al orden de los dípteros,
familia Stratiomyidae, sub-familia Hermetiinae. (Carles & Hjorth-Andersen, 2015)
Taxonomía
Reino: Animalia
Filo: Arthropoda
Clase: Insecta
Orden: Díptera
Suborden: Brachycera
Infraorden: Stratiomyomorpha
Familia: Stratiomyidae
Subfamilia: Hermetiinae
Género: Hermetia
Especie: Hermetia illucens
Linnaeus, 1758
De acuerdo a las necesidades de las poblaciones de buscar alternativas amigables
con el medio ambiente, se ha venido experimentando en los últimos años, se ha
investigado a esta mosca, debido a que sus larvas son capaces de reciclar varios sustratos
orgánicos, como los estiércoles, alimentos y desechos de cultivos. La biomasa producida por la actividad de las larvas puede ser empleada en la alimentación de animales agrícolas
como cerdos, gallinas y peces y sus desechos orgánicos se utilizan como abono orgánico.
1.1 Hábitat
Los dípteros forman parte de un importante grupo de insectos, del que existen unas 100
familias y más de 85.000 especies conocidas. La mayoría de estos insectos juegan un papel
importante en la descomposición de la materia orgánica, llevan a cabo el control biológico
de plagas y también juegan un papel en la polinización.
Hermetia illucens, conocida como mosca soldado negra, es una especie de mosca
díptera de la familia Stratumidae que se encuentra en todo el mundo y que puede tolerar
temperaturas extremas. Las temperaturas mínimas y máximas se denominan umbrales de
desarrollo, y el desarrollo se ralentiza o se detiene cuando los insectos encuentran
condiciones ambientales más allá de sus umbrales de desarrollo. El rango de temperatura
óptimo para el ciclo biológico de H. illucens es de 24 a 29,3 °C. En su etapa adulta, comen
una dieta basada en néctar, pero en cautiverio pueden sobrevivir sin alimento durante varios
días.
1.2 Clasificaciones científicas y características
Según la taxonomía de los insectos la mosca soldado negra se clasifica de la siguiente
manera:
Según Diclaro y Kaufman (2009), describen a la mosca soldado negra (Hermetia
illucens), como una mosca de apariencia elegante que a simple vista puede ser confundida
con una avispa. Solamente tiene dos alas a comparación de las avispas que cuentan con
cuatro alas, la mosca soldado negra no posee aguijón.
Según el reporte de Ipac. Acuicultura (2018), la mosca soldado negra es un insecto con
una enorme capacidad de reproducción, de rápido crecimiento, con gran capacidad para
procesar una gama de subproductos y por el porcentaje elevado de proteínas de alta calidad
que produce. Este tipo de mosca no transmite ninguna enfermedad al ser humano, animales
o plantas.
La mosca soldado negra tiene una apariencia robusta con alas negras ahumadas, mide
aproximadamente 16 milímetros. Presenta áreas claras en el primer segmento abdominal,
según descripción de la revista TEXAS A&G AGRILFE EXTENSION (s/f).
También se menciona algunas características de las larvas de la mosca soldado negra,
como que su cuerpo tiene forma de torpedo y se aplanan, poseen el exoesqueleto firme y
duro, tienen la cabeza pequeña y más estrecha que el cuerpo, carecen de patas. La parte
posterior del cuerpo presenta poros por donde respiran.
1.3 Importancia Económica
Uno de los principales retos del siglo XXI es la búsqueda de una solución en la
gestión sostenible de los residuos orgánicos, especialmente en ambientes urbanos y
también en el ámbito agroalimentario. Como se ha mencionado anteriormente, las larvas
de H. illucens, pueden alimentarse en diversos tipos de residuos orgánicos. Esta
versatilidad puede ser empleada para obtener excelentes resultados en la eliminación de
residuos orgánicos.
La gestión de restos orgánicos mediante insectos trasforma estos en biomasa
reutilizable de diversas maneras, siendo una de las que presenta mejores perspectivas
como alimento animal. Las larvas de H. illucens pueden ser utilizadas como fuente de
alimento para aves de corral. Su alta concentración proteica y otros nutrientes como:
ácidos grasos, pigmentos, vitaminas y/o minerales, permiten su inclusión en las dietas en
avicultura, ganadería y acuicultura.
Otro interesante subproducto derivado de la utilización de larvas de H. illucens
procede de su exoesqueleto; la cutícula de los insectos se compone de quitina además de
lípidos y otros compuestos. La quitina es de interés comercial (quitosano) debido a su
alto porcentaje de nitrógeno (6,9%). Sin embargo, la viabilidad económica de la
extracción de quitina de prepupas de H. illucens todavía debe ser evaluada.
Por otro lado, la actividad larvaria en conjunción con la actividad bacteriana, no sólo
reducen la masa seca, sino también otros componentes tales como el nitrógeno o fósforo.
Experimentos con estiércol de vaca mostraron una reducción de 43% de nitrógeno y 67%
de fósforo (Myers et al., 2008). La combinación de la capacidad de tratamiento de
residuos junto con la generación de un producto de valor económico hace que esta
especie sea una herramienta muy prometedora para la gestión de residuos orgánicos
(Gobbi, 2012).
1.4 Generalidades
La mosca soldado negro (Hermetia illucens) es una de las 5 especies que pertenecen a
la subfamilia Hermetiinae bajo el orden Diptera. Existen otros cuatro géneros, que son
Chaetosargus, Patagiomyia, Chaetohermetia y Notohermetia; pero la especie más
ampliamente distribuida entre estas 5, es Hermetia illucens. “La especie tiene una
distribución cosmopolita en regiones tropicales y templadas cálidas (entre
aproximadamente 45 ° N y 40 ° S) desde regiones neotropicales hasta australianas,
neárticas, pale árticas y afro tropicales”. Aunque es nativa de América, la especie fue
informada por primera vez en una compañía de Hilo Sugar, ubicada en las islas de
Hawái. Son originarias de América, pero las moscas soldado negro se han ido
introduciendo en las regiones tropicales y subtropicales de todo el mundo.
La Hermetia illucens, llamada más comúnmente como Mosca Soldado Negro es un
díptero de la familia Stratiomyidae, género Hermetia. Su reproducción se lleva a cabo por
oviposición, la postura de huevos es pseudo-oothecas, formando hileras de huevos en
medios parcialmente cerrados. Sus huevos son cilíndricos con un milímetro de largo
aproximadamente. Al nacer las larvas, su color es crema y al crecer su color va cambiando a amarillo, hasta finalmente conseguir el color marrón en su último estado.
1.5 Ciclo de vida
La mosca soldado negra consta de 5 etapas de vida: huevos, larvas, pupas, pre pupas
y adultos. En estas etapas, la eclosión de huevos y de adultos es más cortas y la etapa
larva y pupa son las más largas y las que contribuyen al máximo al ciclo de vida. Al tener
una vida útil muy corta, las hembras de mosca soldado negra producen una gran cantidad
de huevos. Las larvas tienen una amplia gama de sustratos, pues pueden alimentarse de
plantas, animales en descomposición, estiércol, raspaduras de alimento, basuras
municipales y descomposición de material vegetal.
1.5.1 Huevos
La Hermetia Illucens en su etapa adulta pone
aproximadamente 500 huevos en desechos orgánicos en
descomposición, como heces de animales, residuos de
restaurante o casas y animales en descomposición. Los
huevos se convierten en larvas en aproximadamente
cuatro días. El huevo tiene forma ovalada de color amarillo pálido o blanco cremoso con un 1mm de longitud.
1.5.2 Larvas
En la etapa larval, la vida útil también
es muy corta en condiciones adecuadas,
pues cuando las condiciones ambientales
son desfavorables su actividad se ralentiza y
su ciclo de vida se puede extender de 6 a 7
semanas. Existen informes donde a baja
temperatura y a baja disponibilidad de
alimentos, estas pueden extender su ciclo
hasta 4 meses, lo que facilita la viabilidad de la población de larvas durante la escasez de
alimento, sin embargo, el desarrollo de estas y su reproducción dependen de la calidad de
los alimentos.
1.5.3 Pupas
Las pupas conservan la última piel de los 6 estadios por los que pasa, la ausencia de
movimiento las caracteriza. Después de aproximadamente dos semanas en estado de
pupa, estas se dispersan hacia áreas más secas donde sale el insecto o imago de su
estuche, esto se lleva a cabo por el método de ampolla frontal pulsátil, haciendo que el
tegumento externo de la pupa se rasgue en la región dorsal en forma crucial: vertical
desde la cabeza al quinto anillo y horizontal sobre la división que está entre el segundo y
tercer segmento.
En el último estadio llamado
prepupas, las larvas migran lejos de la
fuente de alimento a grietas secas para la
pupación. En esta etapa es donde han
alcanzado su tamaño máximo y donde
son mayormente aprovechadas debido a su contenido 26 de proteína que varía entre el 36% y el 48% y su contenido de grasas que
representa el 33%, finalmente se completa la metamorfosis a los 14 días donde ya se
transforman en adultas. Se destaca que la mosca soldado negra no posee partes bucales,
sistema digestivo o aguijón, por lo que no representa una amenaza para los seres
humanos, además de ello no tienen afinidad al hábitat humano por lo que no actúa como
vector para la propagación de enfermedades.
1.5.4 Adultas
El color de las moscas adultas varía entre
negro, verde y azul, a veces con aspecto metálico,
tienen apariencia similar a las avispas y un sonido
igual de fuerte al volar. Además, tienen dos alas
translúcidas ubicadas en el primer segmento
torácico. Su longitud varía de 15 a 20 mm. Las
antenas del adulto son alargadas con tres segmentos y las patas tienen una coloración
blanca cerca del final de cada pata. El sistema bucal está diseñado para no alimentarse,
pues su única función como adulto es la reproducción. Dos días después de emerger el
adulto de la pupa, puede ocurrir el apareamiento.
Las moscas adultas no suelen ser fuertes o muy activas, generalmente pasan el día
descansando sobre la vegetación y aparearse es su único fin en este estadio, puesto que no
se alimentan, a excepción del consumo de agua, y adquieren la nutrición necesaria para la
reproducción durante el desarrollo larval. Las hembras adultas solo se aparean una vez en
su vida, por lo que ocurre un único evento de oviposición, este proceso sucede por lo
regular 2 días después de la eclosión y a los 4 días aproximadamente ocurre la
oviposición, este suele darse a temperaturas de 26°C y los huevos habitualmente son
depositados en grietas en lugares secos que están cerca al sustrato larval. (Gligorescu &
Fisher, 2020)
2. Abono orgánico
2. Abono orgánico
Según el Ing. Jorge Garro, la materia orgánica es toda sustancia de origen vegetal o
animal que se encuentra en el suelo, cuando proviene de plantas estará conformada por
hojas, troncos y raíces, o bien al originarse de animales e incluso microorganismos, por lo
que estará formada por cuerpos muertos y sus excretas.
Un abono proveniente de la degradación y mineralización de materiales orgánicos,
mejoran la fertilidad y estructura del suelo, aportando mayor capacidad de retención de
humedad, su capacidad microbiológica y como finalidad aporta en el rendimiento de los
cultivos. (Agüero, 2014)
2.1 Compostaje
El compostaje es una técnica, con la cual se da la transformación aeróbica de sustancias
orgánicas, para producir el compost.
De acuerdo a Daniela Cabrera y Ana López, el compost es un producto con olor
característico a tierra, de color pardo oscuro con aspecto homogéneo y suelto, además de
estar libre de materiales no orgánicos como plásticos metales o cristales. Tiene propiedades
beneficiosas para la planta y el suelo, lo cual garantiza que las plantas tengan las
propiedades necesarias para su crecimiento y desarrollo.
Con un buen compostaje el suelo puede absorber con mayor facilidad los nutrientes.
Mejorando la permeabilidad del suelo y aeración.
2.2 Tipos de compostaje
- Orines: Son difíciles de separar en origen, pero sin embargo pueden ser utilizados directamente en campo sin más procesamiento y si no han sido contaminados posteriormente carecen de patógenos.
- Compost: De la descomposición de materia vegetal o basura orgánica.
- Humus de lombriz: Materia orgánica descompuesta por lombrices.
- Abono verde: Cultivo vegetal, generalmente de leguminosas que se cortan y dejan descomponer en el propio campo a fertilizar
- Biol: Líquido resultante de la producción de biogás.
- Gallinaza y estiércol de ganado: son las fuentes principales de nutrimentos como el nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y micro nutrimentos. (Alfaro, 2016)
2.3Efecto del abono orgánico
Los abonos orgánicos tienen altos contenidos de nitrógeno mineral y cantidades
significativas de otros elementos nutritivos para las plantas.
Los abonos orgánicos constituyen una fuente de energía para los microorganismos,
por lo que se multiplican rápidamente. Son una importante fuente bacteriana del suelo,
debido a ellos es que se transforman los minerales en elementos asimilables para las
plantas, de ahí su importancia de usarlos. (Alfaro, 2016)
3. Condiciones del proceso de compostaje
3.1 Humedad
Varía entre 40-60% y limita el proceso de compostaje debido a que, si está por debajo
del 40%, la actividad microbiana es más lenta, mientras que si excede el 65% se dificulta la
circulación de aire, convirtiéndose en un proceso anaeróbico, y produciendo malos olores
por la putrefacción de los desechos orgánicos. Se recomienda mezclar materiales secos con
materiales húmedos para controlar la humedad excesiva y la presencia de líquidos
lixiviados en el proceso de compostaje.
3.2 Temperatura
Es la variable más importante a controlar en el proceso de compostaje, por lo que se
venía explicando anteriormente ya que garantiza la calidad microbiológica y sanidad del
compost. El rango óptimo de temperatura va de 35°C a 60°C. (Garro, 2019)
3.3 Relación C/N
Es importante tener en cuenta que la relación ideal oscila entre 25 y 30:1
aproximadamente y decrece a 15:1 en el compost final, para esto es necesario la mezcla
para obtener una relación adecuada. La producción de amoníaco significa una relación baja,
debido a que el nitrógeno está en exceso y cuando no hay suficiente nitrógeno para el
desarrollo óptimo de poblaciones microbianas, significa que la relación es alta, lo que
vuelve el proceso más lento. (Alfaro, 2016)
3.4 pH
El proceso de compostaje se realiza dentro de un rango amplio de valores de pH,
considerando 5,5 y 8,0 para bacterias mientras que los hongos prefieren un medio más
ácido. Este indicador evoluciona, fase por fase en el proceso de descomposición, ya que al
principio de las etapas el pH disminuye ligeramente debido a la formación de CO2 y ácidos
orgánicos. Después, el pH empieza a incrementarse, teniendo niveles tan altos entre 8 y 9
como consecuencia de la liberación de CO2, la aireación de la biomasa y la producción de
amoníaco. (Alfaro, 2016)
3.5 Aireación
El compostaje es un proceso aeróbico, por lo que se necesita la presencia de oxígeno,
necesario para el desarrollo del microorganismo, por lo que es necesario estar volteando los
residuos, o poner aireación forzada para asegurar una buena actividad de los
microorganismos y por lo tanto un buen proceso de degradación. En condiciones de
insuficiente aireación, pueden generar problemas de putrefacción, deteniéndose el proceso
de descomposición y se obtiene un producto de menor calidad.
Alcance
Sería exploratorio, debido a que los resultados de la investigación permiten concluir que
los desechos de los H. Illucens son útiles para realizar una transformación de residuos y
desechos orgánicos como una alternativa para el aprovechamiento de los residuos como
método sostenible para los cultivos.
Hipótesis
H0= Todos los desechos orgánicos aportan minerales necesarios al suelo..
H1= Al menos
uno de los desechos orgánicos aportan minerales necesarios al suelo
Variables
Variables
Independiente: Larvas o moscas soldado.
Variables Dependiente: Abono orgánico, estiércol de pollo, Desechos orgánicos, Tiempo de
producción de abono orgánico, Cantidades de materia orgánica a descomponer.
III. Localización
Se iniciará la recolección de 1 vez por semana de materia orgánica de los mercados y
con una producción de 10 toneladas al año en un terreno en el km 27.5 vía a Daule,
adicionalmente se tiene en cuenta la incorporación de un material seco para controlar la
humedad de los residuos, por ello se decide usar cascarilla de arroz, esto con el fin de
proporcionar el 70% de humedad requerida para el desarrollo óptimo de las larvas y ahorrar
en energía al practicar un proceso de secado en este sustrato.
Como se mencionó en la investigación que nuestro producto de interés es el compost
producido directamente de los desechos orgánicos de las moscas Hermetia illuscens. Se parte de análisis experimentales realizados en las plazas de mercado a los residuos
orgánicos y datos teóricos para la cascarilla de arroz.
La separación de residuos orgánicos con sustancias o materiales no deseados al iniciar el
proceso es importante para que no afecte la calidad final del compost. Los metales pesados
afectan el rendimiento del suelo, ya que pueden ocasionar problemas en fuentes de agua,
por medio de los lixiviados, convirtiendo el agua no apta para su aprovechamiento; lo
mismo pasa con la salinización del suelo, ocasionando contaminación difusa. (Cabrera,
2021)
IV. Materiales y métodos
1. Equipos
Para el procesamiento de residuos orgánicos con larvas de mosca soldado negro se han
presentado 2 tipos de reactores diferentes, que satisfacen las necesidades.
1.1 Reactor ProtaPod:
El ProtaPod,Tiene como fin la digestión de
desechos de mascotas, residuos orgánicos, y la cría de larvas de MSN. Tiene doble
rampa para la migración de las larvas. Hay que poner una elevación para la salida de
sus líquidos ya sea bloques, ladrillos y vigas. Tiene un costo de US $300. ver anexo 1
1.2 Reactor NEW Grub Pod:
El NWRW Grub Pod,Es una tecnología de
bioconversión nueva, este biorreactor ayudará a reciclar los residuos. Esta nueva
tecnología utiliza la etapa larvaria de MSN como motor biológico para degradar los
desperdicios de comida rápidamente y sin mal olor. Tienen rampas para las larvas lo
que no se pierde tiempo separando las larvas maduras de la pila activa en los
contenedores de recolección, hay dos contenedores y su sistema de drenaje tiene
accesorios que ayuda la separación de líquidos. Tiene un costo de US $179. ver anexo 2
1.3 Larveros:
Son cajas o contenedores sin rejilla, fabricados en polietileno, cuentan
con un fondo reforzado, de fácil limpieza. Sus dimensiones son Largo x Ancho x
Altura: 50.8 cm x 38.1 cm x 12.7 cm y tiene una capacidad de retención total de 75
kg. Tiene un valor de $15.00. Ver anexo 3.
1.4 Trituradora TRF 80G:
Este molino de martillos, muele semillas, cáscaras de
cereales, caña de azúcar, maíz desgranado, hierbas, cáscaras de cereales y ramas de
yuca. Está recubierto en pintura de poliéster y polimerizado en horno a 180°C, con
tratamiento anticorrosivo en todo el equipo. Tiene una velocidad de rotación De
3600 rpm, potencia de 7 HP, tanque con capacidad de 3 L y capacidad del embudo
del grano de 13 L. De gasolina con 106 cm de alto, 79 cm de ancho y 59 cm de
largo. Tiene un valor de $412.11. Ver anexo 4.
2. Datos climáticos
Como este proyecto se realizará en un terreno a las afueras de Guayaquil, en vía a
Daule. Se tomará en cuenta de realizarlo bajo techo en un lugar donde no se eleven mucho
las temperaturas. Debido a que una temperatura alta como 25° a 30° puede generar una
descomposición completa de los desechos orgánicos. Se mantendrá en un lugar cerrado y
oscuro de máximo 22° a 24°, el cual será ideal para las larvas de moscas puedan
alimentarse de los desechos orgánicos.
Con respecto al almacenamiento de la materia orgánica, este proyecto esta propuesto
para disponer de los residuos que genera la plaza diariamente. En el caso de que esa
disposición incremente, se recomienda tener un refrigerador para congelar los desechos y
usarlos. La refrigeración de los residuos no afecta en la alimentación de las larvas, solo, se
debe sacar y descongelar 24 horas antes de su uso como sustrato para larvas. Debido al uso
del refrigerador aumentaría costos, ya que operaria eléctricamente. Otra solución es
incrementar el área de procesamiento con un espacio de canastillas extras considerables en
caso de que ocurra un incremento en los desechos orgánicos.
3. Distribución física del lugar de trabajo
En la instalación de tratamiento de residuos sólidos orgánicos usando larva de mosca
soldado negro, se puede observar distintas áreas como el área de cría de MSN, el área de
recepción y procesamiento de los residuos, el área de tratamiento de residuos, allí están
ubicados los biorreactores en pilas de 5 Larveros, con sus respectivos soportes para permitir
la ventilación y facilitar la alimentación de las larvas, acomodados en filas de 3x3 para
optimizar espacio.
También está el área de pruebas, en donde se lleva a cabo el registro
diario de los parámetros pactados anteriormente y se realizan las pruebas del estado inicial
en el que ingresa el material orgánico, además está el área de recolección del producto, el
área de postratamiento y finalmente el área de almacenamiento donde se dispondrá de los
dos productos resultantes del proceso.
Adicionalmente existe un área destinada para los trabajadores conformada por oficinas,
baños y casilleros. Se mostrará la posible distribución de la planta. Otro factor a tener en
cuenta es que de ser posible la planta deberá ser ubicada a las cercanías de donde proviene
el material vegetal con el fin de no adicionar gastos en transporte de materia prima. (Ver
anexo 5)
4. Costos
En esta parte se establecerá un estudio financiero asociado a la producción de abono
orgánico a partir de desechos sólidos orgánicos usando la larva Hermetia illucens como
método de degradación. Por ello se evaluarán los costos de capital, costos de equipos,
costos de mano de obra y los costos variables (materiales, servicios y gasto energético).
5.1 Costo de capital
Para llevar a cabo un proyecto se requieren de costos fijos que están representados por
una inversión inicial que debe conocerse antes de que arranque la planta en proceso. Estos
costos fijos se ven representados por los equipos que requiere el proceso.
|
Equipo |
Precio
Unitario |
Cantidad |
Costo
total |
|
Trituradora |
$360.00 |
2 |
$720.00 |
|
Bioreactor |
$16.00 |
10 |
$160.00 |
|
|
Costo
total |
|
$880.00 |
5.2 Costo variable
El costo de operación de los equipos que depende del tiempo de uso y el costo de
mano de obra, ya que es un proceso continuo que requiere de personal en las áreas.
5.3Materia Prima
No incurría en gasto el material orgánico, debido a que trabajaremos con desperdicios
de los mercados de la ciudad de Guayaquil. El costo aquí sería de la cascarilla de arroz para
poder controlar la humedad de este material orgánico. Tiene un costo de $2.50 por saco de
10 kg, y se requiere un aproximado de este mismo por día en cascarilla de arroz, el valor
diario para la materia prima es de $2.50 aproximadamente
|
Costo
capital |
Cantidades |
Precio |
|
Trituradora |
2 |
$720.00 |
|
Biorreactores |
10 |
$160.00 |
|
Total
costo capital |
|
$880.00 |
|
Materia prima |
10 kg |
$2.50 |
|
Operación triturado |
- |
$0.20 |
|
Mano de obra |
4 operarios |
$15.00 |
|
Total
costo variables |
|
$17.70 |
|
TOTAL |
|
$897.70 |
6.1 Cría, reproducción y cuidado de Hermetia illucens
De acuerdo a la investigación, las larvas de mosca Hermetia illucens se obtuvieron de
una colonia de adultos reproductores mantenidos en un invernadero de 2x3x2,5 m
denominado moscario, situado afuera del larvario bajo luz directa del sol. Dentro del
moscario se colocó un larvero con larvas vivas, las cuales se alimentaron con desecho
orgánico municipal (desechos de cocina, sobras de comida, etc.) dos o más veces por
semana. Los huevos fueron llevados al larvario y colocados en recipientes de eclosión
plásticos de 12 cm de profundidad por 11cm de diámetro y tapas agujereadas cubiertas por
malla.
Posteriormente fueron almacenados en un lugar fresco con buena aireación.
Transcurridos seis días se sacaron las larvas jóvenes de los recipientes y se inocularon en
los larveros respectivos, anotando la fecha, edad de las larvas y la cantidad de paquetes de
huevos introducidos en cada larvero. (May, 2010)
VI. Ensayos de Bio conversión – Diseño Experimental
La tasa de bioconversión de residuos por de larvas de H. illucens se determinó mediante
el diseño experimental DCA – Diseño completamente aleatorizado. La variable
independiente fue el tipo de sustrato (hortalizas, frutales, y carne) y la variable respuesta.
fue la tasa de degradación. Las pruebas consistieron en colocar 25 huevos con 6 g de
sustrato en un recipiente hermético, (Tabla 1) Cada tratamiento de sustrato se triplicó y el
sustrato de banano sirvió como control. (Hierro, 2021)
Tabla 1. Descripción del Diseño experimental
|
Sustrato |
Tratamiento |
Repetición |
|
Hortalizas (papa) |
1 |
3 |
|
Frutas (sandía) |
2 |
3 |
|
Carne (pollo) |
3 |
3 |
|
Estiércol porcino |
4 |
3 |
|
Mixto |
5 |
3 |
|
Control (banana) |
- |
3 |
El ensayo duró 45 días. Se registró cada cinco días el peso del sustrato, peso del residuo,
pH del medio, temperatura, fase de crecimiento larvario y número de larvas vivas y
muertas. Con los resultados obtenidos se calculó la tasa de bioconversión de los residuos
orgánicos en cada tratamiento, propuesto por Salomone et al., 2016.
TB=W-R/W*100
Dónde:
TB:tasa de bioconversión.
W:Peso de sustrato añadido, g.
R:Peso de residuo remanente del proceso de bioconversión, g.
VII. Resultados, discusiones y conclusión
Producción de residuos orgánicos por sector en la ciudad de Guayaquil
Según, en la recolección de los residuos orgánicos por cada área del sector de la ciudad
de Guayaquil. Estimamos que los sectores Los Ceibos y Trinidad son los que producen más
desechos orgánicos por consiguiente obtuvimos la basura de estos sectores, la recolección
de sus residuos para implementar en la alimentación de Hermetia Illuscens. (Figura 1)
Figura 1. Porcentajes estimados de aprovechamiento por cada sector
Utilización de trampas para la captura de Hermetia Illuscens
Antes de las pruebas se toma en cuenta un elemento esencial en los tipos de captura
como son las condiciones climáticas, la temperatura y la humedad. La temperatura óptima
de las larvas de Hermetia illucens de varía de 25 ° C a 28 ° C, A continuación, hemos
obtenidos los datos de las diferentes trampas utilizadas para la captura de la mosca soldado.
Hermetia illucens, el resultado arrojado indica que la trampa que ha captura más moscas en
el tiempo establecido ha sido la trampa tipo red, por consiguiente, tenemos a la trampa tipo
bandeja que logro capturar a 16 individuos adultos.
Esta trampa tipo bandeja permite que las moscas adultas lleguen al sustrato para poner
huevos, y después de unos días se sabe que los huevos eclosionan y emergen las larvas para
descomponer los desechos. Por otro lado, la eficacia de la trampa tipo red ayudó a capturar
individuos en vuelo. (Figura 2)
Figura 2. Muestra de tipos de trampas en la utilización de captura de Hermetia illuscens
Bioconversión de residuos orgánicos para los diferentes sustratos de
Hermetia illuscens
Según, la bioconversión de los residuos orgánicos nos manifiesta que la degradación de
vegetales se eleva en un 46,78%, mientras que en la degradación de frutas su porcentaje es
menor que el de vegetales obteniendo un 44,44%, en la degradación de cárnico se obtuvo
un porcentaje de 41,00%, en la degradación de estiércol un 44,44%, en la degradación
mixta en un 55,00%.
Dado los siguientes porcentajes hemos concluidos que la mezcla del residuo mixtos mostro un porcentaje alto, debido a su contenido de varios nutrientes
banana, sandía, papa y pollo. Lo que demuestra una cantidad significativa de biomoléculas
metabolizadas por larvas de Hermetia Illucens, en sus diferentes fases que aportan energía
para su desarrollo hasta que alcanzan la prepupa y pupa hasta convertirse en adultos y
completar su ciclo de vida.(Figura 3)
Figura 3. Muestra la Bioconversión de residuos orgánicos con sus respectivos porcentajes
Las larvas de H. illucens se desarrollan sobre diversos desechos orgánicos de origen
animal y vegetal, y en consecuencia reducen y transforman esta materia orgánica (Diener et
al. 2009). Precisamente la alimentación, que ocurre únicamente durante el estadío larval, es
la etapa más crítica de su desarrollo por la futura dependencia energética de las reservas
acumuladas (Sheppard et al. 2002, Montevecchi et al. 2019).
Por lo tanto, la cantidad y
calidad del alimento consumido influyen en su eficiente bioconversión y su posterior
desarrollo (Barragán-Fonseca et al. 2018, Jones & Tomberlin 2019), haciendo que las
larvas seleccionen su alimento en proporciones balanceadas que faciliten su desarrollo y
maduración (Gobbi et al. 2013). En total relación, durante la fase experimental de este estudio se comprobó el potencial de estas larvas para reducir residuos y convertirlos en
biomasa.
La correcta relación entre proteínas y carbohidratos en la dieta influencia la velocidad
de desarrollo, de acuerdo con esta premisa, de todos los sustratos de desecho, para restos de
restaurante las larvas alcanzaran una biomasa adecuada. Mientras que, bajo las mismas
condiciones ambientales, Spranghers y col. (2017), describen un desarrollo larval en
alimento para pollos de 12,3 días, en restos vegetales de 15,5 días y en restos de vísceras de
19 días, períodos claramente menores a los obtenidos en este estudio, donde fueron 58,3;
69,6 y 74 días, respectivamente. Sin duda, es claro que las larvas que se desarrollaron en los
tres restos orgánicos consumieron casi el doble de alimento que las criadas con alimento
para pollos, pero a diferencia de la cohorte criada en este último sustrato, la velocidad de
consumo fue menor y provocó un mayor tiempo de permanencia en todos sus estadios.
Se inicia con la bioconversión o biodegradación del material orgánico por medio de los
microorganismos. A continuación, la cría y engorde de la larva durante 14 días, tiempo
necesario para transformar una tonelada de basura en 400 Kg de abono, culminando con su
comercialización.
Por su alta disponibilidad y bajo costo, todos estos residuos putrescibles sirvieron como
un buen medio de cría para las larvas de H. illucens. El sustrato que promovió la mejor tasa
de bioconversión y en consecuencia una eficiente tasa de conversión de alimento fue la
dieta control, con una temperatura promedio de 20 a 24 grados centigrados.
La biotransformación de esta materia orgánica en descomposición extiende su tiempo de
vida útil, al entrar al ciclo de reciclaje de nutrientes gracias a las larvas de mosca soldado.
Esto se comprobó en la evaluación de la tasa de reducción de residuos por sustrato de
desecho, concluyendo que de esta manera se evita su incorrecta disposición final en un
relleno sanitario.
Al ser una tecnología basada en el aprovechamiento de organismos vivos, este estudio
revela el potencial de biotransformación de las larvas y su manejo como una alternativa de
gestión sostenible de residuos orgánicos.La biotransformación de residuos orgánicos extiende el campo aplicado de la
entomología hacia el desarrollo de nuevas tecnologías de gestión de recursos naturales y el
desarrollo de biorreactores in vivo con insectos.
La capacidad de las larvas para desarrollar biomasa a partir de desechos podría
convertirse en una nueva materia prima para la generación de productos con valor
agregado, derivado del tratamiento sostenible de los residuos orgánicos domiciliarios,
evitando la mala disposición final.
Los tiempos de desarrollo mostrados prueban que bajo dietas con residuos orgánicos se
prolonga el tiempo de vida de cada estadío, un resultado que podría tener diversas causas,
como el contenido nutricional de cada sustrato, diversidad microbiológica, pH, además del
genotipo de la población de H. illucens utilizada.
Las larvas alimentadas con restos vegetales necesitaran consumir más alimento para
alcanzar su biomasa prepupal, por lo que no seran eficientes en términos de reducción de
residuos y desarrollo de biomasa prepupal, frente a los otros dos sustratos orgánicos de
desecho.
Anexos
Anexo 1
Anexo 3
Anexo 4
Anexo 5
Bibliografía
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ABONOS ORGÁNICOS: IMPORTANCIA DEL BOCASHI COMO ALTERNATIVA NUTRICIONAL PARA
SUELOS Y PLANTAS. Obtenido de Revisión Bibliográfica INCA:
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http://www.mag.go.cr/bibliotecavirtual/F04-10872.pdf:
http://www.mag.go.cr/bibliotecavirtual/F04-10872.pdf
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Obtenido de Instituto Nacional de Innovación y Transferencia de Tecnología
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Ingredient. MDPI, 1-2.
Gobbi, F. P. (2012). Biología reproductiva y caracterización
morfológica de los estadios larvarios de Hermetia illucens (L., 1758)
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de la mosca soldado negra (Hermetia Illucens) para la biodegradación de
desechos orgánicos en Puerto Quito, Ecuador. Obtenido de
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(Hermetia illucens) para el manejo de residuos municipales orgánicos en el
campus de la Universidad Earth. Obtenido de
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Existen diferentes metodologías,,, pero la que se trata a partir del abono organico es de las más wficientes en la actualidad
ResponderEliminarMuy interesante saber sobre una nueva fuente de abono orgánico.
ResponderEliminarLa elaboración de abono orgánico a partir de los desechos de las moscas me parece una idea brillante, espero puedan seguir adelante con esta gran idea, ayudarían en mucho a los pequeños agricultores, es bueno que sepan que no solo existen los abonos químicos.
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