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EVALUACIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA EN LA DESINFECCIÓN
POR AMONIACO PARA EL SANEAMIENTO DE EXCRETAS HUMANAS
EN COMUNIDADES PALAFÍTICAS
Trabajo de grado para optar al título de
Ingeniería Ambiental
Presentado por:
Julián Camilo Torres Murcia
Asesor:
Manuel S. Rodríguez Susa
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Bogotá D.C., Colombia
2019
Abstract
In communities with precarious wastewater treatment, the risk in human health is associated with
the excreta sanitization. Two alternatives (urea and ammonium sulfate) that use ammonia for
disinfection were evaluated. The alternatives were assessed in terms of pathogenic inactivation
and disinfection rate on a laboratory scale. For this purpose, the colony counts of E. coli and
aerobic mesophilic was carried out taking into account variables such as dilution factor and
particle size.
Measurements were made the first week and three weeks later to determine the sanitizing
compound and the optimal particle size for better disinfection.
The results found demonstrated that there is an ideal particle size for disinfection and smaller
values don't have a great impact for disinfection speed. However, bigger particles sizes
significantly decrease sanitation efficiency.
Resumen
En comunidades con precariedad en el tratamiento de aguas residuales, el riesgo en la salud
humana está asociado a la sanitización de excretas. Teniendo en cuenta lo anterior, se evaluaron
dos alternativas que usan el amoniaco como base en la desinfección: la urea y el sulfato de
amonio. Las alternativas se valoraron en términos de inactivación patogénica y velocidad de
desinfección a escala de laboratorio. Para este objetivo, se realizó el conteo de colonias de E. coli
y aerobios mesófilos teniendo en cuenta variables como el factor de dilución y el tamaño de
partícula.
Se realizaron mediciones a la semana y a las tres semanas para determinar el compuesto
sanitizador y el tamaño partícula óptimo para una mejor desinfección.
Los resultados encontrados indican que existe un tamaño de partícula ideal para el cual valores
más pequeños que ese no tienen gran incidencia en la velocidad de desinfección. Sin embargo,
tamaños por encima de este disminuyen de manera considerable la eficiencia de sanitización.
Palabras claves: Viviendas palafíticas, sanitización, E. coli., aerobios mesófilos, urea, sulfato de
amonio.
Contenido
Abstract ................................................................................................................................................... 2
Resumen ................................................................................................................................................. 2
1. Introducción .................................................................................................................................... 5
2. Revisión bibliográfica ...................................................................................................................... 7
3. Objetivos ....................................................................................................................................... 17
3.1. Objetivo general ..................................................................................................................... 17
3.2. Objetivos específicos.............................................................................................................. 17
4. Materiales y metodología ............................................................................................................... 17
4.1. Sanitización usando dos compuestos ...................................................................................... 17
4.1.1. Obtención de muestras .................................................................................................... 17
4.1.2. Montaje experimental ..................................................................................................... 18
4.2. Efecto del compuesto seleccionado en los medios de cultivo................................................... 20
4.2.1. Obtención de muestras .................................................................................................... 20
4.2.2. Montaje experimental ..................................................................................................... 20
4.3. Eficiencia de sanitización por medio del tamaño de partícula. ................................................. 21
4.3.1. Obtención de muestras .................................................................................................... 21
4.3.2. Montaje experimental ..................................................................................................... 21
5. Resultados y análisis ...................................................................................................................... 24
6. Conclusiones y recomendaciones ................................................................................................... 38
7. Bibliografía ................................................................................................................................... 40
8. Anexos .......................................................................................................................................... 42
Lista de Figuras
Figura 1. Fracción total de amoniaco presente como NH3 (aq) en combinaciones de pH 8-11 a
temperaturas de 5-40 °C (Nordin, 2010). 10
Figura 2. Diagrama montaje experimental compuestos y estiércol ............................................. 19
Figura 3. Diagrama montaje experimental medición microorganismos, compuestos y estiércol . 20
Figura 4. Diagrama montaje experimental efecto del compuesto en los medios de cultivo ......... 21
Figura 5.Diagrama montaje experimental tamaño de partícula y compuesto .............................. 22
Figura 6. Diagrama montaje experimental medición microorganismos, tamaño de partícula y
compuesto ................................................................................................................................. 23
Figura 7. Gráfico Unidades formadoras de colonias por tamaño de partícula semana (dilusión 10-
3 ) .............................................................................................................................................. 34
Figura 8. Gráfico Unidades formadoras de colonias por tamaño de particular 3 semanas (dilusión
10-5) .......................................................................................................................................... 37
Listas de tablas
Tabla 1. Resultados efecto de la urea 24horas, 1 semana, 3 semanas ......................................... 24
Tabla 2. Resultados efecto del cloruro de amoniaco 24horas, 1 semana, 3 semanas ................... 26
Tabla 3. Resultados efecto de la adición de urea antes de la solidificación del medio en cepas
puras (E. coli, B. cereus y S. aureus) ......................................................................................... 28
Tabla 4. Resultados efecto de la adición superficial de urea después de la solidificación del
medio en cepas puras (E. coli, B. cereus y S. aureus) ................................................................. 29
Tabla 5. Resultados sanitización tamaños de partícula usando urea a la semana ......................... 31
Tabla 6. Resumen de resultados para sanitización de tamaños de partícula usando urea a la
semana ...................................................................................................................................... 33
Tabla 7. Resultados sanitización tamaños de partícula usando urea a las 3 semanas .................. 36
Tabla 8. Resumen de resultados para sanitización de tamaños de partícula usando urea a las 3
semanas .................................................................................................................................... 37
1. Introducción
Las viviendas palafíticas son hogares construidos en las zonas de baja mar y en los esteros como
en las orillas inundables de los ríos y quebradas. Estas son viviendas precarias que emplean
maderas aserradas, generalmente de baja calidad o de desecho, en la estructura y los
cerramientos, con cubierta en lámina metálica o fibrocemento, y levantada sobre pilotes
apoyados en el fondo del mar (Mosquera, 2009).
Los palafitos pueden encontrase a lo largo del mundo y en la mayoría de casos comparten
características constructivas, económicas y socio-culturales. En Colombia, estas comunidades
están distribuidas a lo largo de la costa Pacífica y Caribe, aunque la mayor población se
encuentra en complejo lagunar de la Ciénaga Grande de Santa Marta (CGSM) en 3 grandes
pueblos: Nueva Venecia, Buenavista y Trojas de Cataca (Narváez, Gómez, & Acosta, 2008).
Los desafíos más importantes que presentan las viviendas palafíticas en Colombia
(específicamente en la CGSM) pueden dividirse en 3: salud, servicios públicos y actividades
económicas.
Según el puesto de salud en Bocas de Aracataca, las enfermedades más frecuentes fueron las
infecciones respiratorias agudas (IRA) y las enfermedades diarreicas agudas (EDA). Estas
enfermedades son causadas por el consumo de agua no potable, la falta de letrinas, el deficiente
servicio de aseo y el vertimiento de residuos líquidos y sólidos de los asentamientos humanos
ubicados cerca a los cuerpos de agua superficial (Aguilera, 2011). Algunas de las enfermedades
transmitidas por el agua se encuentran en el Anexo 1.
En servicios públicos, los palafitos carecen de los básicos como son: el acceso a agua,
alcantarillado y solo algunas casas poseen servicio de luz. El agua que utilizan los tres pueblos
no es apta para el consumo humano debido la falta de una infraestructura de acueducto y a que su
fuente de abastecimiento (la ciénaga) posee altos niveles de contaminación. Asimismo, carecen
del servicio técnico de eliminación y tratamiento de residuos sólidos, líquidos y excretas, los
cuales son arrojados directamente a las ciénagas, lo que aumenta los niveles de contaminación
del cuerpo de agua (Aguilera, 2011).
Por último, la economía en la ciénaga es de tipo primario ya que la actividad característica de
estas comunidades es la pesca, complementada con la prestación de servicios relacionados al
turismo (alojamiento, restaurantes, transportes y esparcimiento). La pesca se realiza de manera
artesanal por cerca de 5.000 pescadores. La producción abastece los centros urbanos de Ciénaga,
Santa Marta, Barranquilla y a los mismos pueblos palafíticos ya que es el principal producto de
su dieta alimentaria.
La precariedad de los aspectos ya mencionados (salud, servicios públicos, economía) y su efecto
conjunto hacen prioritaria la intervención y la presentación de soluciones para estos pueblos.
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), o por sus siglas en ingles WHO, las
enfermedades diarreicas son uno de los principales contribuyentes a la mortalidad infantil
mundial, causando el 20% de todas las muertes en niños menores de cinco años (WHO, 2016).
La mayoría de estas enfermedades diarreicas son causadas por patógenos fecales-orales donde la
ruta de transmisión predominante depende del patógeno, la infraestructura local (por ejemplo, si
la población tiene acceso a saneamiento adecuado y agua segura) y el comportamiento humano.
Estas características de transmisión están presentes en las comunidades palafíticas puesto que no
cuentan con acceso a saneamiento adecuado o alcantarillado (sus desechos son vertidos en la
ciénaga), ni a agua segura (no cuentan sistema de potabilización por lo que las familias que no
poseen los recursos económicos suficientes para pagar el transporte del agua desde otras veredas,
se ven obligados a beber directamente de la ciénaga). A parte de esto, y como ya se mencionó, su
dieta se basa en el consumo de pescado que suele tener un gran número de patógenos debido la
alta concentración de materia fecal en el agua (Narváez, Gómez, & Acosta, 2008).
La presente investigación propone como alternativa el desarrollo de un sistema de saneamiento
portable en base a amoniaco (Nordin, 2010) para la sanitización, transporte de heces y
producción de fertilizante (inodoros portables en bolsas biodegradables). Para lograr lo anterior,
se debe comprobar la eficiencia del amoniaco como microbicida teniendo como variable de
cambio el tamaño de la partícula en las excretas. La finalidad del proyecto es disminuir el riesgo
de contagio de enfermedades por ingesta de comida y agua.
2. Revisión bibliográfica
La eliminación segura de la excreta humana es de suma importancia para la salud y el bienestar
de las poblaciones que viven en países de bajos ingresos, así como para la prevención de la
contaminación del medio ambiente circundante. Se estima que 2.600 millones de personas en el
mundo carecen de acceso a saneamiento mejorado, definido como la separación higiénica de las
excretas humanas del contacto humano (Rose, Parker, Jefferson, & Cartmell, 2015). El mal
saneamiento y manejo de lodos fecales no solo tiene impactos negativos en la salud humana, sino
también afectaciones en el medio ambiente debido a la contaminación de cuerpos de agua, suelos
y fuentes de alimentos.
Las instalaciones de saneamiento in situ, OSS por sus siglas en inglés (On-site sanitation), tienen
como objetivo tratar los desechos humanos en la fuente y proporcionar un método higiénico y
asequible para la eliminación de los mismos. Los sistemas OSS son la forma predominante de
eliminación de excretas en poblaciones urbanas de áreas de bajos ingresos. Por ejemplo, en las
zonas urbanas de Ghana y Tanzania, el 85% los habitantes son atendidos por instalaciones OSS
y en las zonas urbanas de Filipinas, el 98% depende de estos sistemas igualmente (Rose, Parker,
Jefferson, & Cartmell, 2015). Sin embargo, cuando estas instalaciones necesitan vaciarse, a
menudo los usuarios carecen del conocimiento o los medios necesarios para realizar el
saneamiento. Al mismo tiempo, existen desincentivos financieros para la eliminación adecuada
del lodo fecal (tecnologías nuevas e innovadoras). Lo anterior, implica que las fosas
permanezcan llenas e inutilizables o, si se vacían, los lodos y la orina se disponen directamente
en el medio ambiente contaminando el agua (Rose, Parker, Jefferson, & Cartmell, 2015). Este
problema ha inspirado la investigación y el desarrollo de tecnologías OSS financiadas por
fundaciones como la de Bill y Melinda Gates (BMGF), la cual se encuentra a cargo de 16
proyectos de investigación bajo la idea: “Reinventar el baño” en todo el mundo desde 2011.
El conocimiento de los desechos que ingresan a los sistemas de tratamiento es un prerrequisito
básico para el diseño y desarrollo de tecnología futura. Varios estudios médicos han determinado
la producción de orina y heces de las poblaciones humanas, sin embargo, los datos dependen de
las distintas poblaciones que son definidas por su geografía, edad, etnia, enfermedad y dieta.
Debido a esta variabilidad, se han desarrollado diferentes procesos que se ajustan a la tasa de
generación y a la composición química y física de la producción de heces en cada comunidad.
Según el estudio: “The Characterization of Feces and Urine: A Review of the Literature to
Inform Advanced Treatment Technology” los tipos de procesos para el tratamiento de excreta en
humanos se pueden dividir en 4 grupos: biológicos, térmicos, separativos y químicos.
En los procesos biológicos se produce biogás, biocombustible y fertilizante de compost por
medio de la digestión anaerobia, el UASB (digestión con manto de lodos y flujo ascendente) y el
compostaje seco y húmedo respectivamente. En los procesos térmicos, se encuentra la
pirolisis/gasificación y la incineración, de las cuales se puede recuperar energía, productos
carbonizados y cenizas. En los procesos separativos, existen técnicas como la biofiltración y las
membranas de pervaporación que entregan agua sin patógenos. Y en los procesos químicos, la
desinfección electroquímica, la desinfección por amoniaco, la estruvita y la separación de
amonio produce productos libres de patógenos, fosforo y fertilizantes (Rose, Parker, Jefferson, &
Cartmell, 2015).
El nitrógeno amoniacal NH3 (aq), en la orina separada de la fuente así como en otros materiales,
se reconoce como microbicida (Nordin, Ottoson, & Vinneras, 2009). A un material puede
complementarse con amoníaco mediante la adición de urea o amoniaco acuoso. Ambas
sustancias pueden generar un pH alcalino, que es necesario para impulsar el equilibrio NH4+/
NH3 en solución hacia NH3 (Nordin, 2010). El tiempo de tratamiento depende de la cantidad de
NH3 (aq) formado y la temperatura. El proceso se asemeja al almacenamiento, ya que se produce
muy poca degradación de las heces y, por lo tanto, no se pierde materia orgánica ni nitrógeno. El
tratamiento, así como el almacenamiento antes de su uso como fertilizante, debe realizarse en
recipientes cerrados. El contenido de amonio de este lodo es mayor que el de la orina o el residuo
de la digestión (Nordin, 2010).
La mayoría de organismos generan amoníaco como un subproducto del metabolismo de los
compuestos nitrogenados (proteínas). Dependiendo de la concentración y la ionización, el
amoníaco puede servir como nutriente beneficioso o agente tóxico para los microorganismos.
Hace mucho tiempo que los efectos tóxicos del amoniaco no ionizado (NH3) sobre varios tipos
de organismos han sido documentados. Por otro lado, se sabe que la mayoría de los organismos
toleran iones de amonio (NH4+), incluso a altas concentraciones (Nordin, 2010).
Cuando el nitrógeno se excreta del cuerpo humano con la orina, aproximadamente el 80% está en
forma de urea (CO(NH2)2) y el 7% como amoníaco/amonio (Vinneras, Nordin, Niwagaba, &
Nyberg, 2008). La descomposición de la urea produce un pH alcalino (Ecuación 1), que afecta el
equilibrio entre el amoníaco y el amonio (Ecuación 2). Agregar urea al material fecal da como
resultado los mismos productos de descomposición que en la orina (Ecuación 1).
𝐶𝑂(𝑁𝐻2)2 + 3𝐻2𝑂 → 2𝑁𝐻4+ + 𝑂𝐻− + 𝐻𝐶𝑂 (Ecuación 1)
El amoniaco no ionizado, NH3, es el componente principal para la desinfección de la orina, sin
embargo, se ha propuesto que los carbonatos formados por la descomposición de la urea
(Ecuación 2) contribuyen en la inactivación patogénica, cuando se encuentran en la forma iónica
de CO3-2 (Nordin, 2010). El equilibrio de carbonato es, similar al equilibrio de
amoníaco/amonio, dependiente del pH y la temperatura. El pH generalmente se estabiliza
alrededor de 9.0 cuando la urea se descompone debido al pKa, tendencia que tienen las moléculas
a disociarse en solución acuosa (-logKa), del ácido carbónico (6.35 y 10.33) y el amonio (9.25).
A pH de 9.0 y 25ºC, se genera 36% de nitrógeno amoniacal total como NH3 en comparación con
4.5% de los carbonatos totales como CO3-2. Agregar una solución acuosa de amoniaco a un
sustrato solo agrega amoníaco (NH3 y NH4+) y el pH se estabiliza alrededor de 10 (Nordin,
2010).
El gas amoniaco, NH3, es altamente soluble en agua, lo que es parte explicado por su polaridad y
capacidad para formar enlaces de hidrógeno. La solubilidad de NH3 (aq) en líquidos es
dependiente de la temperatura y su tasa se puede calcular mediante la constante de la ley de
Henry H (Ecuación 2). Dado que la cantidad de NH3 disuelto (g) es directamente proporcional a
la presión parcial de NH3 (g) sobre la solución, la ventilación y el volumen de cabeza afectan la
concentración de soluto NH3 (g) (Nordin, 2010).
𝑁𝐻3(𝑔𝑎𝑠) ↔𝐻 𝑁𝐻3(𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑜) + 𝐻2𝑂(𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜) ↔𝐾𝑏 𝑁𝐻4+(𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑜) + 𝑂𝐻−(𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑜)
Ecuación 2
En solución, el amoníaco actúa como una base débil, produciendo iones de hidróxido por la
deprotonación de agua (Ecuación 2). La relación entre el amoníaco disuelto, NH3 (aq) y los iones
de amonio, NH4+ (aq), se cuantifica por la constante de disociación, Ka. El pKa de
amoníaco/amonio dentro del rango de temperatura 0-50°C puede calcularse mediante la
Ecuación 3, donde T es la temperatura en grados Kelvin. La dependencia de la temperatura de la
constante de disociación da pKa, es decir, el pH al cual la base y su ácido conjugado están
presentes en concentraciones iguales, de 9.9, 9.6, 9.3 y 9.0 para las temperaturas 4, 14, 24 y 34 °
C respectivamente (Nordin, 2010).
𝑝𝐾𝑎 =2729.92
𝑇+ 0.090181 Ecuación 3
𝑓𝑁𝐻3=
1
10𝑝𝐾𝑎−𝑝𝐻+1 Ecuación 4
La fracción presente como NH3 en solución acuosa se puede calcular de acuerdo con la Ecuación
4, y por lo tanto se ve afectada por el pH y temperatura. Al aumentar estas variables, individual o
conjuntamente, aumenta la fracción de amoniaco disuelto NH3 (aq). La influencia de la
temperatura tiene un impacto mayor a pH moderadamente alcalino (8-10), mientras que a pH 11
más del 90% del amoníaco está presente como NH3, independientemente de la temperatura. Este
comportamiento esta gráficamente expresado en el trabajo de Annika Nordin presentado a
continuación:
Figura 1. Fracción total de amoniaco presente como NH3 (aq) en combinaciones de pH 8-11 a temperaturas de 5-40 °C (Nordin, 2010).
La teoría presentada ha sido implementada en el producto Peepoo alrededor del mundo. Peepoo
es un inodoro personal, de un solo uso, autodesinfectante y totalmente biodegradable que evita
que las heces contaminen el área inmediata y el ecosistema circundante. Después de su uso,
Peepoo se convierte en un fertilizante valioso que puede mejorar los medios de vida y aumentar
la seguridad alimentaria. El producto se ha implementado alrededor del mundo y tienen sedes en
Estocolmo, Suecia y en Nairobi, Kenia.
En el comunicado de prensa por Simavi el 10 de febrero del 2011 se informa sobre el rol de los
inodoros portables en Kiberia:
Desde el otoño del 2010, las mujeres microempresarias venden inodoros Peepoo en Kibera, lo
que les proporciona una fuente adicional de ingresos. Después su uso, los Peepoo se eliminan en
los puntos de entrega de Peepoople donde se ofrece un reembolso, financiado por el valor del
fertilizante. La solución de Peepoo también se introdujo en dos escuelas en Kibera, donde los
escolares, además de tener acceso a baños limpios, aprenden sobre higiene, saneamiento y salud.
En las escuelas desinfectadas, Peepoo se reutiliza como fertilizante en los llamados “huertos de
bolsas” donde se cultivan vegetales para mejorar la seguridad alimentaria de los niños. Hoy en
día, Peepoo se vende, usa y recolecta para más de 4.500 personas y 22 escuelas en Kibera
(Simavi, 2011).
En el artículo del Bangkok Post (2011), se informa el costo y la proyección del proyecto: “… con
un costo de tres centavos de euro (cuatro centavos de dólar) nuevo, la bolsa se vende con sus
desechos humanos por un centavo de euro (1.3 centavos de dólar) … actualmente, la producción
de las bolsas es de 3.000 por día y aumentará a 500.000 desde noviembre, esto con el fin de
apuntar a los mercados en el sur de Asia y en otras partes de África, pero también para el
almacenamiento para desastres.”
En Bangladesh se realizó un ensayo a mediana escala para las bolsas de inodoros de un solo uso
y autodesinfectantes (Peepoo) en asentamientos urbanos pobres. Se encontró lo siguiente:
Dado el objetivo del estudio: determinar si las bolsas inodoro eran una solución de saneamiento
factible en el contexto de los asentamientos urbanos pobres en Bangladesh, los resultados
generales del estudio fueron muy positivos. Lo que es más importante, las bolsas se usaron y
aceptaron como una solución viable y beneficiosa para la situación de saneamiento de la mayoría
de los participantes. Los participantes percibieron que los principales beneficios de la bolsa son
su capacidad para usarse en cualquier momento y, en consecuencia, ir al baño con más
frecuencia, y las mejoras que facilitó en términos de limpieza y condiciones sanitarias. Es un
hallazgo positivo que los participantes valoraron no solo la conveniencia de la bolsa, sino
también el nivel mejorado de saneamiento (Jachnow, 2009).
Otro hallazgo importante del estudio fue la superación de obstáculos culturales. El lavado con
agua después de la defecación era una preocupación previa, dado que la bolsa está diseñada para
usarse dentro del hogar, donde el lavado podría ser un desafío. Sin embargo, los participantes
superaron esta complicación y pocos informaron dificultades. El uso y almacenamiento de bolsas
usadas dentro de la casa también era una preocupación, dada la opinión cultural y religiosa y las
normas que rodean el contacto con las excretas humanas. A pesar de esto, muchos participantes
usaron las bolsas dentro de su vivienda y algunos hasta las almacenaron antes de su recolección.
Esto revela el potencial para crear un sistema sostenible basado en bolsas de inodoro sin
proporcionar lugares separados para su uso. Sin embargo, siguen existiendo dudas acerca del uso
de las bolsas inodoro y su proximidad a la excreta humana. Hubo individuos que se sintieron
incomodos sosteniendo una bolsa usada o preocupados por las percepciones sociales con
respecto a su uso de la bolsa (Jachnow, 2009).
Si bien, algunos participantes no estuvieron de acuerdo con el uso de la bolsa, la mayoría lo
encontró cómodo y fácil, y lo prefirió a sus prácticas habituales de saneamiento. Las inquietudes
residieron en el tamaño de la bolsa (pequeña) y en la dificultad para miccionar y defecar. La
mayoría de las personas mencionaron la facilidad para cerrar la bolsa, sin embargo, muchos
usuarios se encontraron algo de materia fecal por encima del nudo al menos una vez. Lo anterior
es una preocupación ya que puede ocurrir la transmisión de bacterias y la propagación de
enfermedades. No obstante, el 66% de los usuarios informaron lavarse las manos con jabón
después de usar el Peepoo. Además de esto, la mayoría de los participantes se sintieron cómodos
con el hecho de que su excreta estaba siendo procesada en fertilizante y declararon que
comprarían y comerían productos que habían sido cultivados usando fertilizantes producidos a
partir de bolsas inodoro. (Jachnow, 2009).
En términos de dignidad, muchos participantes declararon que se sentían más seguros y
orgullosos como resultado del uso de la bolsa inodoro. Esto confirma la idea de que una solución
de saneamiento que ofrece limpieza y privacidad, a pesar de ser poco ortodoxa, puede mejorar la
autopercepción de los usuarios (Jachnow, 2009).
A pesar de todos los hallazgos positivos del estudio, persisten varios desafíos para establecer las
bolsas de inodoro como una solución de saneamiento longeva. Se encontró que, algunos de los
que desaprobaron la bolsa inodoro tenían opiniones extremadamente negativas e hicieron
esfuerzos para persuadir a otros. Las jerarquías sociales son muy fuertes en Bangladesh, y si las
personas de influencia optan por oponerse a la promoción de la bolsa del inodoro, podría tener
graves consecuencias en la buena voluntad existente hacia la bolsa del inodoro. Otro desafío se
encontró en la recolección: cuando muchas bolsas se recogen juntas en un recipiente abierto,
emiten un fuerte olor. Esto no es un problema para los usuarios, pero si para los recolectores de
bolsas. Por lo tanto, se deben utilizar vehículos de transporte cerrados, de manera similar a los
vehículos de recolección de residuos sólidos (Jachnow, 2009).
Para ser una solución sostenible, las bolsas inodoro deben ser parte de un sistema más amplio
que incluya: la producción rentable de bolsas, preferiblemente lo más cerca posible del usuario
final, la distribución regular, o acceso fácil a ellas, recolección regular (al menos diaria) de
bolsas inodoro, transporte eficiente de las bolsas usadas sin molestias excesivas para los
espectadores y un método para procesar o distribuir bolsas usadas (llenas) a los usuarios finales
del fertilizante. Además de estos requisitos, el factor más importante para un sistema sostenible
de bolsas inodoro es el reconocimiento por parte de los usuarios de su valor económico. Por
ejemplo, las comunidades urbanas pobres de Mymensingh son reacias a incurrir en costos de
saneamiento y, en consecuencia, a pagar las bolsas de inodoro. Como resultado, las bolsas no
pueden lograr la sostenibilidad, ya que el costo de cada una tendría que ser cubierto por un
tercero. Afortunadamente, los inodoros de un solo uso crean un valor económico cuando se usan,
al producir fertilizantes ricos. El potencial de utilizar los ingresos generados por la producción de
fertilizantes para subsidiar el costo de las bolsas de inodoro en los asentamientos urbanos pobres
es una oportunidad que debe aprovecharse en la mayor medida posible (Jachnow, 2009).
Las bolsas Peepoo también han sido probadas en otros lugares del mundo, como por ejemplo en
Puerto Príncipe. Después de una serie de terremotos que devastaron la capital de Haití, el 12 de
enero de 2010, la eliminación segura de excretas se convirtió en una prioridad urgente. Para
incorporar enfoques innovadores al saneamiento dentro de las realidades de respuesta
humanitaria urbana se llevó a cabo una prueba desde abril a mayo del 2010. Los resultados del
ensayo demuestran que, con la recolección y extracción adecuadas, las bolsas como Peepoo son
opciones viables de eliminación de excretas en emergencias. Según el informe de Patel, Brooks y
Bastable, el uso de bolsas en el manejo de emergencias de excreta es apropiado para: una
intervención inmediata a nivel hogar hasta que se pueden proporcionar inodoros comunitarios,
una intervención corta antes de la construcción apropiada de letrinas, asentamientos con espacio
crónico o limitaciones de terreno, asentamientos donde la descarga de lodo sea difícil o
imposible y en poblaciones donde cierto grupo de personas (mujeres, niños, personas en
condiciones de discapacidad) prefieran defecar aisladamente (Patel, Brooks, & Bastable, 2011).
En KwaZulu-Natal, Sudáfrica, el Peepoo fue igualmente implementado. En esta provincia se
realizó un estudio por el investigador Moeti Kgware para determinar la aceptabilidad del usuario
frente a la bolsa inodora de un solo uso. En la selección de los participantes, Kgware eligió dos
comunidades de diferentes de asentamientos informales, cada una con un nivel diferente de
necesidad de saneamiento. Una comunidad tenía acceso a lo que se conoce como “ablution
blocks” comunales provistos y mantenidos por el gobierno (contenedores adecuados para
funcionar como baños), mientras que el segundo asentamiento no tenía red de agua ni se le
proporcionaba ningún tipo de saneamiento. El grupo 2, usaba letrinas de pozo y algunos de sus
hogares no contaban con baño propio. El objetivo de la comparación era determinar en qué
medida una comunidad con saneamiento compartido, difería de una comunidad sin inodoros y
sin esperanza de tenerlos a mediano o corto plazo. El estudio de factibilidad ha demostrado que
ambas comunidades eran positivas acerca de las bolsas de Peepoo, y los participantes de ambas
comunidades respondieron en consideración al uso de las bolsas de Peepoo como una forma de
saneamiento (Kgware, 2011).
Este resultado particular y otras respuestas han demostrado que no existe una desaprobación
sobre las bolsas de Peepoo en ninguna de las comunidades estudiadas. La participación fue
voluntaria y nadie hizo ningún comentario adverso sobre las bolsas, por lo que se pudo llegar a la
conclusión de que, en general, se ha encontrado que los inodoros de un solo uso son aceptados
por las comunidades. Un punto importante a tener en cuenta es que la aceptación también podría
depender del método de eliminación de las bolsas de Peepoo. Durante el estudio, se realizó la
recolección dos veces al día, por lo que las personas no tuvieron que preocuparse por el producto
final. La mayoría de los participantes de las dos comunidades apoyaron el uso del Peepoo como
fertilizante (92% y 88% respectivamente) (Kgware, 2011). Las conclusiones generales de la
implementación en Sindh fueron muy positivas. Se descubrió que el Peepoo fue una solución de
saneamiento atractiva, viable y rentable para la respuesta de emergencia en Pakistán. Las bolsas
fueron fácilmente aceptadas y adoptadas rápidamente en las comunidades afectadas por las
inundaciones. Todas las familias que participaron en esta evaluación estaban satisfechas con la
solución y querían continuar usándola. En particular, las mujeres y los niños apreciaron tener
acceso fácil a un baño limpio y privado a nivel familiar en todo momento (UN-HABITAT,
2011).
Las bolsas Peepoo también han pasado por Pakistan. Los resultados del ensayo de Peepoo en las
inundaciones de Sindh en 2011 mostraron que las comunidades adoptaron muy rápidamente la
solución de saneamiento Peepoo y la defecación al aire libre llegó rápidamente a su fin. Como
parte de la implementación, se llevó a cabo capacitación y promoción sobre saneamiento e
higiene haciendo evidente entre los usuarios, claramente, el cambio hacia un comportamiento
positivo. Los beneficiarios también vieron el valor directo de utilizar el Peepoo como fertilizante,
lo que aporta a la aprobación cultural de la comunidad. Estos resultados muestran que la solución
de las bolsas ofrece una buena oportunidad para capitalizar la asistencia humanitaria al pasar a la
fase de recuperación y desarrollo (Naeem, 2011).
En Kenya, en el distrito de Nyando, el Peepoo se ha implementado desde el 2012. Las
comunidades en este lugar han aprendido solo a través de un alto costo para sí mismas que estar
preparadas puede salvar sus propias vidas y las de sus familiares, en el contexto de un clima
cambiante. El proyecto piloto de Peepoo tiene el potencial de contribuir a que las comunidades
sean resistentes a los desastres si logra abordar eficazmente: las brechas informativas y de
conocimiento existentes, la creación de redes de conocimiento sostenibles e institucionalizadas a
nivel comunitario, así como el establecimiento de una coordinación funcional de mecanismos
activos antes, durante y después de las inundaciones.
El equipo de respuesta señaló que la solución Peepoo es un buen producto que se puede utilizar
para ampliar el acceso rápido al saneamiento seguro en los casos en que hay un desplazamiento
masivo de poblaciones. A menudo, cuando se encuentran personas desplazadas, la construcción
de instalaciones de saneamiento adecuadas requiere tiempo y, durante este período, es muy
probable que existan muchas defecaciones abiertas y brotes de enfermedades. El Peepoo viene
como una solución práctica para ampliar la provisión de saneamiento mejorado durante el diseño
y construcción de otras instalaciones. Además, en áreas afectadas por inundaciones (ya sea la
causa el agua superficial, la capa freática alta o las formaciones colapsadas que impiden la
instalación de inodoros) el Peepoo podría usarse como una solución para controlar la
contaminación del agua. Actualmente, Peepoople está poniendo a prueba en Kibera con éxito y
aprender de este piloto puede ser beneficioso para el movimiento de la Cruz Roja al explorar
formas de abordar la prevención del saneamiento en áreas urbanas de bajos ingresos como una
medida de reducción del riesgo en desastres (KenyaRedCross, 2012).
La presente investigación, tomando en consideración los resultados de la implementación de las
bolsas inodoras de un solo uso y autodesinfectantes en diferentes lugares del mundo, busca
optimizar la eficiencia la que actúa el compuesto sanitizador sobre la excreta. Los ensayos de
laboratorio realizados, a diferencia de los estudios alrededor del mundo, variaron el tamaño de
partícula de las heces en busca de algún tipo de relación entre la velocidad de sanitización y el
área de contacto.
3. Objetivos
3.1. Objetivo general
Este proyecto tiene como objetivo investigar dos posibles alternativas de desinfección en base a
amoniaco en organismos indicadores de contaminación fecal en viviendas palafíticas, con el fin
de minimizar el riesgo microbiológico asociado a las descargas generadas por estas.
3.2. Objetivos específicos
Seleccionar la alternativa que logre una mayor desinfección en estos microorganismos.
Comprobar el efecto que tiene la disminución del tamaño de partícula de las heces en la
eficiencia y velocidad del proceso de sanitación.
4. Materiales y metodología
4.1. Sanitización usando dos compuestos
4.1.1. Obtención de muestras
Los ensayos realizados en esta investigación usaron el estiércol de cerdo como modelo
experimental para simular heces humanas. Según la el trabajo: “The pig: a model for human
infectious diseases”: Los cerdos domésticos (Sus scrofa domesticus) están estrechamente
relacionados con los humanos en términos de anatomía, genética y fisiología, y representan un
excelente modelo animal para estudiar diversos comportamientos microbianos (Meurens,
Summerfield, Nauwynck, Saif, & Gerdts, 2011). Otro artículo que soporta el uso de heces de
cerdo es el presentado por Heinritz en el cuál afirma que: la similitud fisiológica entre humanos y
cerdos, en términos de procesos metabólicos digestivos y asociados, coloca al cerdo en una
posición superior sobre otros modelos (Heinritz, Mosenthin, & Weiss, 2013).Estiércol de cerdo
Las muestras se tomaron de la Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales (UDCA) de
diferentes cerdos. Estas fueron almacenadas en una nevera del Laboratorio de Ingeniería
Ambiental (ML-420) a una temperatura de 4°C para su conservación.
Compuestos para la sanitización
Los compuestos usados en la investigación fueron el cloruro de amonio (NH₄Cl) y la urea
(CH₄N₂O) en concentraciones comerciales (99% y 46% respectivamente). La selección de la
urea se hizo teniendo en cuenta las investigaciones realizadas, o en colaboración, por Annika
Nordin, en las que presenta mecanismos y requerimientos para la producción de fertilizante por
medio de la sanitización, en base a amoniaco, de excretas humanas. El cloruro de amonio, por
otro lado, puede reaccionar de varias maneras (al calentarse o al interactuar con una base fuerte o
con metales alcalinos) para generar amoniaco (Wiberg & A. F. Holleman, 2001). El cloruro de
amonio fue usado en esta investigación para determinar si la mejor ruta de desinfección es
realmente la urea.
Ambos compuestos fueron suministrados por el Laboratorio ML-420. Además de estos, el
Laboratorio también proporcionó los medios de cultivos agar EMB (eosina azul de metileno) y
Nutritivo.
4.1.2. Montaje experimental
Luego de la obtención del estiércol se procedió a tomar dos muestras de 150 g, peso de promedio
de una deposición humana (Sleisenger & Fordtran, 2017), se agregó 10 g de urea a la primera
muestra y 10g de cloruro de amoniaco a la segunda, peso aproximado usado proyecto en el
producto Peepoople4 que se basó en la investigación: “Ammonia Sanitisation of Human Excreta.
Treatment Technology for Production of Fertiliser” (Nordin, Ammonia Sanitisation of Human
Excreta, 2010). Las muestras de estiércol, ya con los compuestos químicos adicionados, se
envuelven en papel de aluminio y se guardan en bolsas Ziploc a temperatura ambiente. El
diagrama del montaje ya mencionado se puede observar en la Figura 2.
Figura 2. Diagrama montaje experimental compuestos y estiércol
Las bolsas y el papel de aluminio fueron abiertas a las 24 horas, a la semana y a las 3 semanas
para calcular la concentración de E. coli y aerobios mesófilos. Cuando son abiertas se realizó el
siguiente procedimiento para cada compuesto (estiércol con urea y estiércol con cloruro de
amoniaco): primero, se toma una muestra de 10g de la composición estiércol-compuesto.
Segundo, se introducen los 10g en un tubo de ensayo con 90mL de agua estéril. Tercero, se agitó
durante 15 minutos para simular mezcla completa. Cuarto, se sembró 100 µL en cada caja de
Petri (dos, una con agar EMB y la otra con agar Nutritivo). Las cajas fueron contadas entre 22 y
24 horas después de la incubación a 36ºC. En la Figura 3 se puede encontrar el diagrama
conceptual del proceso.
Figura 3. Diagrama montaje experimental medición microorganismos, compuestos y estiércol
Después del conteo se seleccionó el compuesto que mejor resultados tuvo (mejor sanitización)
para continuar con la metodología.
4.2. Efecto del compuesto seleccionado en los medios de cultivo.
4.2.1. Obtención de muestras
Cepas puras
Los microorganismos que se sembraron fueron: Escherichia coli (en EMB), Bacillus cereus (en
Nutritivo) y Staphylococcus aureus (en Nutritivo). Estas cepas fueron suministradas por el
Laboratorio de Ingeniería Ambiental ML-420.
4.2.2. Montaje experimental
Para comprobar que el compuesto usado realmente disminuye la concentración microbiológica y
los datos obtenidos no son el resultado de un problema entre la interacción compuesto / medio de
cultivo, se propuso la siembra de cepas puras en agares (EMB y Nutritivo) de dos formas: una
mezclando el compuesto con el medio de cultivo en agua desionizada (estado líquido) y la otra
adicionando el compuesto al medio ya solidificado superficialmente (estado sólido). Los
diagramas de los montajes se pueden observar en la Figura 4.
Figura 4. Diagrama montaje experimental efecto del compuesto en los medios de cultivo
4.3. Eficiencia de sanitización por medio del tamaño de partícula.
4.3.1. Obtención de muestras
Para cambiar el tamaño de las heces de cerdo se hizo uso de una espátula y un tamiz de 4.5 mm.
4.3.2. Montaje experimental
Se tomaron 3 muestras de estiércol, cada una de 150g, y se procedió a clasificar su tamaño. El
primero, se denominó “Grande” y correspondió a la partícula sin realizarle ninguna adecuación.
El segundo, es el tamaño “Mediano” el cual se alcanzó dividiendo la hez en varias partes de
aproximadamente 3cmx1cm. Y para el tamaño “Pequeño”, el estiércol se llevó a través de un
tamiz de 4.5mm. Luego de tener las muestras clasificadas, se agregaron 10g de compuesto
(Urea) a cada una, se cubrieron los tamaños en papel aluminio, se sellaron con ayuda de papel
Vinipel, se almacenaron en bolsas Ziploc y por último, se conservaron a temperatura ambiente
por el tiempo requerido mientras se realizaba la sanitización (para esta investigación
permanecieron durante 1 y 3 semanas). El diagrama de este montaje experimental se encuentra
en la Figura 5.
Con el soporte profesional del personal de Geomática del departamento de Ingeniería Civil y
Ambiental de la Universidad de los Andes, se realizó un modelo 3D de los tamaños Grande y
Mediano por medio de fotogrametría. En el Anexo 2 y en el Anexo 3 se encuentran las imágenes
en perspectiva de los modelos.
Figura 5.Diagrama montaje experimental tamaño de partícula y compuesto
Pasado el tiempo de reacción, se realizó la medición de la concentración de microorganismos.
Para esto, se tomaron 10 gr de cada muestra, se mezclaron con 90mL de agua estéril y se
realizaron 3 diluciones: 10-3, 10-5 y 10-7. En la Figura 6 se muestra este procedimiento en detalle
Figura 6. Diagrama montaje experimental medición microorganismos, tamaño de partícula y compuesto
5. Resultados y análisis El primer resultado que se esperó obtener es la elección del mejor compuesto sanitizador. Para lo
cual, se llevó a cabo la reacción de la urea y el cloruro de amonio sobre diferentes muestras de
estiércol a temperatura ambiente. Luego de un tiempo determinado (24horas, 1 semana o 3
semanas), se sembró una cantidad de cada muestra en dos medios de cultivo, EMB y Nutritivo,
con el fin de determinar la concentración de E. coli y Aerobios Mesófilos respectivamente. A
continuación, se presenta la Tabla 1 con las imágenes de los resultados obtenidos para la urea:
Tabla 1. Resultados efecto de la urea 24horas, 1 semana, 3 semanas
UREA Agar EMB Agar Nutritivo
Positivo
24 horas
1 semana
3 semanas
Para el análisis de la Tabla 1 se decidió no realizar un conteo de Unidades Formadoras de
Colonias (UFC) por medio de diluciones debido a que la respuesta a la interrogante
anteriormente planteada solo requiere interpretar el comportamiento y desarrollo de los
microorganismos y no su concentración exacta. Sumado a esto, la concentración microbiológica
es muy variable y depende en gran medida de cada individuo. Según el estudio: “Investigación
longitudinal de la diversidad bacteriana relacionada con la edad en las heces de cerdos
comerciales” se identificó que las poblaciones microbianas en las heces de cada cerdo cambian a
medida que los cerdos envejecen. Adicionalmente, se encontró que el microbioma bacteriano es
dinámico y está sujeto a cambios en función del tiempo, la exposición de microbios y la dieta,
entre los más importantes (Kim, et al., 2011). Por lo anterior, se optó por un análisis cualitativo
de las muestras para la primera parte de la investigación.
La segunda fila de la Tabla 1 presenta el medio de cultivo luego de haber sembrado una muestra
de estiércol sin ningún compuesto (POSITVO). Se observa un alto contenido microbiológico en
ambos medios por lo que se requiere una reducción en su concentración para minimizar el riesgo
asociado a contagio de enfermedades transmitidas por las heces.
Luego de 24 horas de reacción, se presentó una reducción considerable en la concentración de E.
coli (agar EMB). Por otra parte, los aerobios mesófilos del agar Nutritivo no presentaron
cambios visibles. A la semana, las colonias de E. coli disminuyeron de un número incontable a 0,
un resultado que corresponde con lo concluido en el trabajo de (Nordin, 2010): “los tiempos de
tratamiento para E. coli y Salmonella spp son de 5 días aun estando bajo temperaturas de 4°C”.
Se puede observar que la estructura de los aerobios mesófilos tiende a formar colonias,
posiblemente debido al efecto de sanitización del compuesto. A las 3 semanas, aunque la
concentración en el agar EMB continúa siendo 0, en el medio Nutritivo parece aumentar ya que
la tendencia a formar colonias desaparece.
Es posible que, al momento de tomar parte de las muestras para la siembra, y teniendo en cuenta
la reacción reversible entre el amoniaco gaseoso y acuoso presentado en la Ecuación 2, una parte
de la urea que se transformó en amoniaco se haya dispersado hacia el medio ambiente. Por lo
tanto, a las 24 horas, la urea no se transformó totalmente en amoniaco, de manera que el
compuesto sanitizador, que no se fugó a la atmosfera, siguió actuando hasta que se volvió a abrir
el sistema a la semana. Debido a esto, no existió sanitización a las 3 semanas, pero si
disminución en la concentración de microorganismos a la semana. Esto es una suposición debido
a que la concentración de especies amoniacales no fue medida. En en la tercera parte de la
investigación, en los ensayos de tamaño de partícula, las muestras fueron selladas en papel
Vinipel para evitar cualquier escape de gas.
Otra razón por la que pudo no observarse desinfección a las 3 semanas fue debido a que el
amoniaco acuoso no alcanzó en centro de la excreta (permeabilidad) por lo que solo se sanitizó la
superficie de la partícula, dejando el centro de la hez si interacción con el compuesto. Este
concepto se abordará en profundidad más adelante.
Tabla 2. Resultados efecto del cloruro de amoniaco 24horas, 1 semana, 3 semanas
CLORURO DE
AMONIACO
Agar EMB Agar Nutritivo
24 horas
1 semana
3 semanas
La Tabla 2 muestra los resultados para el cloruro de amoniaco. Las imágenes se comparan con el
positivo de la Tabla 1 y se observa que el compuesto no tuvo efecto a lo largo de las 3 semanas
para ninguno de los dos medios. Lo anterior, debido a que la concentración de microorganismos,
en el agar Nutritivo y en el Agar EMB, a la semana fue mayor que a las 24 horas.
Se puede concluir que la urea es mejor compuesto sanitizador que el cloruro de amonio y para
comprobar que los resultados obtenidos no se deben a una alteración de los medios de cultivo se
procedió a realizar experimentos con cepas puras. Esto debido a que, la enzima ureasa, presente
en las heces, causa la descomposición y catalización del polvo de urea en dióxido de carbono y
amoníaco (Nordin, Ammonia Sanitisation of Human Excreta, 2010), por lo que si se adiciona
este compuesto en cepas puras de Escherichia coli, Bacillus cereus y Staphylococcus aureus no
se presentará efecto sanitizador (el organismo productor de ureasa con mayor presencia en las
heces es el Helicobacter pylori).
La prueba del efecto de la urea en cepas puras se realizó de dos maneras: una, adicionando esta
pulverizada mientras el medio se encontraba líquido y la otra, adicionándola también
pulverizada, pero esta vez en el medio ya solidificado. La cantidad de urea comercial adicionada
fue de 1g y 0.1g para la prueba con mezcla en estado líquido. Los resultados se encuentran a
continuación en la Tabla 3.
Tabla 3. Resultados efecto de la adición de urea antes de la solidificación del medio en cepas puras (E. coli, B. cereus y S. aureus)
LIQUIDO Escherichia coli Bacillus cereus Staphylococcus aureus
Positivo
1 g
0.1g
La primera prueba que se realizó fue con E. coli y 1g de urea. No se evidenció cambio en la
concentración por lo que no fue necesario repetir la prueba con 0.1g. El microorganismo B.
cereus tuvo un comportamiento diferente: la cantidad de urea adicionada al medio es
inversamente proporcional a su concentración. Este resultado es diferente a lo esperado ya que
la desinfección solo debe ocurrir en presencia de amoniaco y no cuando la urea aún no se ha
transformado. Esto podría inferir que para organismos aerobios mesófilos la urea inhibe su
crecimiento o, por otro lado, que el medio Nutritivo se ve afectado por este compuesto. En
consecuencia, se procedió a realizar otro experimento haciendo uso de un organismo que
también pueda crecer en el agar con el fin de descartar la posibilidad de que la urea lo esté
afectando. El microorganismo elegido fue el Staphylococcus aureus, el cual no presentó
disminución en su concentración. La urea afectó el crecimiento del B. cereus por lo que se
realizó otra prueba, esta vez cambiando la forma en que se agregó el compuesto al medio para
comprobar la inhibición del organismo.
A continuación se presenta la Tabla 4, que contiene los resultados para la adición superficial de
urea después de la solidificación del medio en cepas puras:
Tabla 4. Resultados efecto de la adición superficial de urea después de la solidificación del medio en cepas puras (E. coli, B. cereus y S. aureus)
SUPERFICIAL
Bacillus cereus Staphylococcus aureus
Positivo
1g
0.5g
0.1g
La cepa B. cereus crece con normalidad a concentraciones bajas del compuesto (menos de 0.1g),
pero es inhibida a concentraciones altas (más de 1g). Por el contrario, el microorganismo S.
aureus no se ve afectado cuando la urea es adicionada superficialmente sin importan la cantidad
(se agregaron de 0.1g a 1g). A continuación, se presenta el comportamiento de la Urea:
𝐶𝑂(𝑁𝐻2)2 + 𝐻+ + 2𝐻2𝑂 → 2𝑁𝐻4+ + 𝐻𝐶𝑂3
−
𝑆𝑖 𝑒𝑙 𝑝𝐻 𝑒𝑠 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑞𝑢𝑒 6.2, 𝑙𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑙𝑖𝑠𝑖𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑢𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑠:
𝐶𝑂(𝑁𝐻2)2 + 2𝐻+ + 2𝐻2𝑂 → 2𝑁𝐻4+ + 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂
El 𝐻𝐶𝑂3−
(bicarbonato) desarrolla un medio fuertemente alcalino por lo que propicia la
generación de amoniaco y una acidez que es neutralizada por el mismo anión:
𝑁𝐻4+ → 𝑁𝐻3 + 𝐻+
𝐻𝐶𝑂3− + 𝐻+ → 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂
Teniendo en cuenta las anteriores reacciones parciales, y las Ecuaciones 1 y 2 del trabajo de
Nordin (2010) en el capítulo de revisión bibliográfica, la inhibición del Bacillus se debe a dos
motivos principales: la presencia de amoniaco y el cambio de pH, de 6.8 ± 0.2 (pH del agar
Nutritivo) a uno más alcalino. Aunque la cepa de B. cereus puede crecer a un rango de pH entre
4.3 y 9.0 (Valero, Fernández, & Salmerón, 2003). A pH de 8.8 se extiende la fase de retraso.
Adicionalmente, el valor mínimo de pH que apoya el crecimiento en caldo es 4.9 y el máximo es
9.3, mientras que en los alimentos, el pH mínimo para iniciar el crecimiento es 4.35 y el límite
superior es mayor a 8.8 (Sutherland, P., & Beaumont, 1996). De lo anterior, se puede afirmar que
a pH cercanos a 9, el caso de la presente investigación, aunque no se inhiba totalmente la cepa, si
se disminuye su crecimiento. Por otro lado, Leejeerajumnean afirma que, a concentraciones altas
de NH3, se inhibe el crecimiento de algunos de las Bacillus (solo B. pasteuriiand y B. pumilus
sobreviven). Además, algunas de las bacterias provenientes de las fermentaciones alcalinas de
alimentos son cepas relativamente sensibles al NH3 (Leejeerajumnean, Ames, & Owens, 2000).
Preston también concluye que el amoníaco estimula la germinación de esporas de Bacillus cereus
inactivadas y la inhibición de la cepa (PRESTON & DOUTHIT, 1983).
Se evidencia, entonces, que Bacillus cereus fue el afectado, y no el medio Nutritivo, ya que la
cepa Staphylococcus aureus mantuvo su concentración y creció sin complicaciones en las dos
pruebas: cuando se añadió la urea antes de solidificar el medio y después de solidificarse.
Ya con la urea como alternativa seleccionada, se continuó para comprobar el efecto que tiene el
tamaño de partícula en la eficiencia de la sanitización. Para esto, se realizó el procedimiento de la
Figura 5. Este montaje se sellaron las muestras con ayuda de papel Vinipel y se realizaron dos
montajes simultáneos: uno que se abrió a la semana y otro a las 3 semanas.
Tabla 5. Resultados sanitización tamaños de partícula usando urea a la semana
Agar Nutritivo Agar EMB
Grande
Mediano
Pequeño
En la Tabla 5 se encuentran los resultados de sanitización para 3 tamaños de partícula
muestreados a la semana. El positivo con el que compararon los resultados se ubica en la Tabla
1. El tamaño de partícula Grande, en la dilución 10-2, contó con un número incontable de
aerobios mesófilos y una concentración de 0 UFC/g para E. coli. El mismo tamaño con una
dilución de 10-3, presentó 110 UFC/g (lo que equivale a 1.1x105 UFC/g) para aerobios y 0
UFC/g para E. coli.
Para el tamaño de partícula Mediano, en ambas diluciones se observaron 0 UFC/g en el agar
EMB. En cambio, para el medio Nutritivo, se tuvieron concentraciones de 2 UFC/g para la
dilución 10-3 (equivalente a 2x103 UFC/g) y un conteo incontable para 10-2.
El tercer y último tamaño de partícula es el Pequeño, el tamizado. Al igual que en los demás
tamaños, no existieron colonias (0 UFC/g) de E. coli en ninguna de las diluciones. Sin embargo,
para aerobios mesófilos en 10-3 y 10-2 se presentaron 3 UFC/g (3x103 UFC/g) y colonias
incontables respectivamente. Los tamaños pequeño y mediano mejoraron en un 103% la
eficiencia de sanitización a la semana.
Tabla 6. Resumen de resultados para sanitización de tamaños de partícula usando urea a la semana
Dilución 10^-2 Dilución 10^-3
Agar Nutritivo
Agar EMB
Agar Nutritivo
Agar EMB
Grande INCONTABLE 0 110 0
Mediano INCONTABLE 0 2 0
Pequeño INCONTABLE 0 3 0
En la Figura 7 los números 1, 2 y 3 del eje X, representan los tamaños Grande, Mediano y
Pequeño respectivamente.
Figura 7. Gráfico Unidades formadoras de colonias por tamaño de partícula semana (dilución 10-3 )
Se puede afirmar que la variable tamaño de partícula afecta positivamente la eficiencia de
sanitización, debido a que los tamaños Pequeño y Mediano tuvieron un menor conteo de colonias
con respecto al tamaño Grande (alrededor de 2 órdenes de magnitud menos). Sin embargo, no
existe alguna diferencia entre el Pequeño y el Mediano por lo que, se puede concluir que el
tamaño de partícula no tiene una relación inversamente proporcional directa con la eficiencia de
sanitización, sino que ambos (tamaño y eficiencia) se mantienen prácticamente constantes, o no
aumentan significativamente, hasta algún tamaño para el cual la eficiencia disminuye
linealmente.
Los resultados obtenidos pueden ser explicados mediante dos mecanismos: el primero, es el
incremento del área superficial (aumento del área de contacto) y el segundo, la distancia desde el
centro de la partícula hasta su perímetro (importante en la permeabilidad de las heces), ambos
mecanismos se ven afectados por medio de la disminución del tamaño de partícula.
En el libro, “Control de la calidad del agua: procesos fisicoquímicos” se afirma que el grado de
una reacción superficial varía con respecto al área superficial disponible (Weber, 2003). Esto se
complementa con lo escrito por Groover ya que: “A tamaños menores de partícula (volúmenes
más pequeños), el área superficial será más alta para un mismo peso total. Lo que se traduce en
-20
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3
Co
nte
o d
e U
FC
Tamaño de partícula
Unidades formadoras de colonias por tamaño de partícula (dilusión 10-3 )
Agar Nutritivo
Agar EMB
una mayor área para la reacción. Sin embargo, tamaños menores también pueden conducir a
aglomeraciones” (Groover, 1997). La teoría del área superficial demuestra porqué los tamaños
menores tienen mayor eficiencia con respecto al tamaño Grande, sin embargo, no puede explicar
porque los tamaños Pequeño y Mediano contaron con la misma concentración de
microorganismos, que, en otras palabras, significa falta de desinfección.
Es posible que la razón por la que no se observó ninguna diferencia apreciable esté relacionada
con la permeabilidad y la distancia entre el centro de la partícula y su perímetro (grosor). En el
trabajo: “Chlorine disinfection of grey water for reuse: Effect of organics and particles” se
concluye que la eficacia de la desinfección está estrechamente relacionada con el tamaño de
partícula ya que las partículas más grandes protegen los coliformes totales de la inactivación, por
lo que la eficacia de desinfección disminuye al aumentar el tamaño. Lo anterior, puede deberse a
que el compuesto desinfectante no penetra la totalidad de la partícula, lo que deja un porcentaje
del volumen total sin contacto con la reacción de sanitización.
Ahora, para comprobar que el amoniaco, proveniente de la urea, puede ser usado como
fertilizante se debe garantizar que las heces no tengan prácticamente concentración
microbiológica. Según (Nordin, Ammonia Sanitisation of Human Excreta, 2010) en el trabajo
Ammonia Sanitisation of Human Excreta. Treatment Technology for Production of Fertiliser, le
toma a la urea de 2 a 3 semanas para eliminar la carga microbiana. En consecuencia, el último
montaje experimental duró 3 semanas y sus resultados se encuentran en la Tabla 7.
Tabla 7. Resultados sanitización tamaños de partícula usando urea a las 3 semanas
Agar Nutritivo Agar EMB
Grande
Mediano
Pequeño
Tabla 8. Resumen de resultados para sanitización de tamaños de partícula usando urea a las 3 semanas
Dilución 10^-5 Dilución 10^-7
Agar Nutritivo
Agar EMB
Agar Nutritivo
Agar EMB
Grande 0 0 0 0
Mediano 0 0 0 0
Pequeño 0 0 0 0
Se realizaron diluciones de 10-5 y 10-7 puesto que en el anterior ensayo (Tabla 5) muchos de los
resultados dieron incontables. Se evidenció una concentración de 0 UFC/g para todos los
tamaños y para ambas diluciones. La concentración de E. coli después de la primera semana
siempre fue de 0 UFC/g (ver Tabla 1) para todos los tamaños sin importar la dilución (se
realizaron diluciones de 10-1, 10-2, 10-3, 10-5 y 10-7 a lo largo de toda la investigación). Para
aerobios mesófilos el comportamiento fue menos homogéneo: en el tamaño grande se tenían 110
UFC/g, en el mediano 2 UFC/ y en el pequeño 3 UFC/, todos para una dilución de 10 -3. De
acuerdo a lo anterior, lo esperable sería que a mayor tiempo de retención (2 semanas más que el
anterior ensayo) y una mayor dilución el número de colonias fuera significativamente menor.
Para el tamaño grande y una dilución de 10-5 se esperaría 1 UFC/g mientras que para los otros
tamaños no se podría observar nada: resultados observados en el experimento y presentados en la
Tabla 7.
Figura 8. Gráfico Unidades formadoras de colonias por tamaño de particular 3 semanas (dilución 10-5)
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
1 2 3
Co
nte
o d
e U
FC
Tamaño de partícula
Unidades formadoras de colonias por tamaño de partícula (dilusion 10^-5)
Agar Nutritivo
Agar EMB
6. Conclusiones y recomendaciones
Se plantearon dos alternativas para la mitigar del problema de salubridad en viviendas palafíticas
en torno al acceso de servicios públicos (no hay acueducto ni alcantarillado), la economía y dieta
del lugar (pesca como pilar de crecimiento económico). De las dos alternativas, se concluyó que
la urea y su conversión a amoniaco (reacción de hidrólisis catalizada por la enzima ureasa) es la
mejor opción para la sanitización. El proceso se basó en la adición de una cantidad fija de urea al
estiércol y su posterior sellado (durante 3 semanas) prevenir el escape de amoniaco y garantizar
la desinfección de patógenos.
La segunda parte de la investigación consistió en evaluar el efecto del tamaño de partícula en la
eficiencia de sanitización de la urea. La metodología que se llevó a cabo fue adecuar las heces en
3 tamaños de partículas, por medio de una espátula y un tamiz, y realizar el mismo
procedimiento que se mencionó (adición de urea y sellado). De estos ensayos, se pudo concluir
que el tamaño de partícula afecta positivamente al tiempo que le toma al compuesto desinfectar
las heces. Sin embargo, la relación tamaño-eficiencia no es inversamente proporcional. Existe un
tamaño de partícula para el cual tamaños más pequeños que ese no tienen una incidencia
perceptible (la eficiencia se mantiene constante) y tamaños más grandes implican un
decrecimiento en la velocidad de sanitización. En la práctica (hablando en resultados de la
investigación), el tamaño Mediano y Pequeño tienen la misma velocidad de desinfección
(medidos a la semana) pero una mejor sanitización con respecto al tamaño Grande. La propuesta
de tratamiento permite concluir que la urea proporciona una desinfección completa a las 3
semanas (sin patógenos), que disminuir el tamaño de la partícula a uno menor es relevante ya
que se obtuvo una mejoría del 103%, para los los tamaños Pequeño y Mediano, y que los
mecanismos que afectan el fenómeno de la desinfección de excreta solida son el área superficial
y la permeabilidad del material fecal.
El conteo de microorganismos, para determinar la carga microbiana del estiércol, se ve altamente
afectado por la variabilidad y la competencia de los mismos. A causa de esto, se presentan
algunas recomendaciones:
Repetir los ensayos y mejorar la metodología para comprobar la replicabilidad de los
resultados y de esta manera, encontrar incongruencias y solucionar problemas con el
diseño de la investigación.
Enfocar las investigaciones en la orina como fuente de urea para desinfectar las heces
puesto que podría proporcionar un sistema de saneamiento reutilizable, auto sostenible y
respetuoso con el medio ambiente. Lo anterior, bajo el contexto cultural, social y
económico de las comunidades en la CGSM.
Para finalizar, una investigación que permita cuantificar el riesgo de enfermedades
asociado a la falta de sistemas de alcantarillado y acueducto, a una economía primaria y
dieta casi enteramente basada en la pesca, podría ser un gran complemento al proyecto
presentado.
Realizar investigaciones acerca de la relación entre eficiencia de sanitización con urea,
permeabilidad de desinfectante en excreta y área superficial de la partícula.
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8. Anexos Anexo 1. Principales enfermedades transmitidas por el agua (Barón, 2011).
Anexo 2. Modelo 3D para el tamaño de partícula grande por técnica de fotogrametría (tamaño de celda 0.5cm)
Anexo 3. Modelo 3D para el tamaño de partícula mediano.