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Métodos para la reducción de coliformes en el agua.
Tipo: Monografías, Ensayos
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Avila Samantha, Cajilima Daniel, Lopez Jocelyne, Quevedo Junior, Robles Kevin, Romero Luis, Sibisapa Karen, Ullaguary Kevin. Estudiantes de la carrera de Ingeniería Ambiental y Biotecnología en las cátedras de Química Analítica y Termodinámica Docente Jorge Braulio Amaya Pinos Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca Calle vieja 12-30 y Eli Luit
Resumen Los coliformes fecales y E. coli son bacterias cuya presencia indica que el agua puede estar contaminada con desechos humanos o animales. Los coliformes fecales están presentes en las heces humanas y de los animales. Los microbios que causan enfermedades (patógenos) en estos desechos pueden causar diarrea, calambres, náuseas, dolores de cabeza u otros síntomas. Estos patógenos pueden presentar un riesgo especial para la salud de los bebés, niños pequeños y personas con sistemas inmunes gravemente comprometidos. No obstante, en el agua de riego y lluvia la presencia de coliformes fecales que se encuentras presentes por escorrentía que va a existir desde las granjas hacía los afluentes de agua, no traerá graves consecuencias, claro está si es utilizada de manera responsable y no para el consumo humano. Detectar los coliformes fecales en agua potable es muy importante ya que puede traer consigo varias consecuencias graves, además para la buena depuración de las aguas residuales existen diferentes métodos que ayudaran a limpiar el agua contaminada con coliformes fecales y si de nuevo volver a ser potable. Palabras Claves Coliformes fecales, enfermedades, heces animales y humanas, contaminación, agua potable, aguas residuales, métodos de depuración.
Abstract Fecal coliforms and E. coli are bacteria whose presence indicates that water may be contaminated with human or animal waste. Fecal coliforms are present in human and animal feces. Microbes that cause disease (pathogens) in these wastes can cause diarrhea, cramping, nausea, headaches or other symptoms. These pathogens may present a special risk to the health of infants, young children and people with severely compromised immune systems. However, in the irrigation and rainwater the presence of fecal coliforms that are present due to runoff that will exist from the farms to the water tributaries, will not bring serious consequences, of course if it is used responsibly and not for human consumption Detecting faecal coliforms in drinking water is very important as it can bring several serious consequences, in addition to the good purification of wastewater there are different methods that will help clean the water contaminated with faecal coliforms and if again be potable again. Keywords Faecal coliforms, diseases, animal and human feces, pollution, drinking water, sewage, purification methods.
bebés, niños pequeños y personas con sistemas inmunes gravemente comprometidos.(U.S. EPA, 2003) Los coliformes fecales al estar presentes será un indicador de que el agua estará contaminada por lo tanto no será apta para el consumo o contacto para la sociedad ya que presentara un alto riesgo para la salud humana. También mencionaremos de manera superficial a lo que son los "contaminantes emergentes" corresponden en la mayoría de los casos a contaminantes no regulados, que pueden ser candidatos a regulación futura dependiendo de investigaciones sobre sus efectos potenciales en la salud y los datos de monitoreo con respecto a su incidencia. (Becerril Bravo, 2009) puesto que en el agua no estará solamente presente los coliformes si no también muchas otras bacterias ya que el agua se contaminara con aguas residuales además los residuos de todo tipo de industrias que desechan en afluentes de agua. Contaminación de fuentes no puntuales por agentes patógenos es una de las principales causas de deterioro de la calidad del agua en los ríos y arroyos de los Estados Unidos.(U.S. EPA, 2003) La contaminación de las aguas constituye actualmente un grave problema ambiental en el contexto global como consecuencia de la industrialización, globalización, crecimiento poblacional y urbanización, además debido a que los residuales son vertidos directamente a los ecosistemas acuáticos sin tratar o con tratamientos deficientes. (Salgado-Bernal, Durán- Domínguez, Cruz-Arias, Carballo-Valdés, & Martínez-Sardiñas, 2011). Una inmensidad de compuestos químicos está presente en el agua —sin importar la “pureza del agua”—. Esto último es un concepto que confunde, ya que simplemente es una reflexión sobre los tipos y las concentraciones de esos productos químicos (acotados por una normatividad que depende del propio uso del agua). También gracias a la química analítica es posible ampliar y refinar nuestra perspectiva en relación con la “pureza del agua”. (Becerril Bravo, 2009) Caracterizar completamente la composición química de una muestra ambiental es un propósito muy limitado por las exigencias de recursos materiales y tiempo. Otras restricciones en la identificación de compuestos orgánicos son el límite de detección de los instrumentos y la metodología analítica aplicada.(Becerril Bravo, 2009) La estrategia de las tecnologías de biorremediación es el uso de diferentes vías metabólicas y el incremento de los procesos de degradación autóctonos para eliminar o al menos reducir las sustancias contaminantes indeseables. Debido a que casi todos los productos naturales y gran número de compuestos sintéticos son degradados por las bacterias, independientemente de su peso molecular o complejidad estructural, estos microorganismos se han convertido en un factor clave en la biorremediación y desempeñan un papel importante en los sistemas como las plantas de tratamiento de aguas.(Salgado-Bernal et al., 2011) Actualmente existe un interés creciente por las repercusiones que tendrán los compuestos orgánicos de origen antropogénico en el ambiente. El agua es una fuente importante de estos compuestos para los seres vivos. La regulación de estos contaminantes es escasa, debido al desconocimiento de sus efectos, además de que no se tiene un inventario de “todas” las especies químicas presentes en una muestra ambiental, por limitaciones analíticas.(Becerril Bravo, 2009)
Existen límites permisibles que podrá tener el agua como demuestra la siguiente tabla no solo estará enfocada en un solo país si no en varios para que se pueda distinguir los límites permisibles a través de diferentes lugares por lo que las aguas no van a ser contaminadas de la misma manera en todos los sitios. Ilustración 2 Criterios microbiológicos para la caracterización de biosólidos 2 Como somos capaces de observar los límites permisibles en los coliformes fecales no variaran con mucho, en el ecuador nos regimos con la EPA por lo tanto será el mismo límite que en Estados Unidos, aun así tenemos que tomar en cuenta la gran diferencia que existe en el territorio ya que Estados Unidos es bastamente grande a comparación del Ecuador sin embargo el Ecuador cuenta con la mega biodiversidad de la zona, y también mencionar que nuestro país es fuente de agricultura y ganadería, esto claro dependiendo de la zona, a manera de ejemplificación en el sector del Azuay se cuenta con muchos lugares dedicados a la ganadería y por su parte también tiene un amplio número de fuente de agua dulce, entonces hablamos que la contaminación por coliformes fecales en el Azuay se dará en su gran mayoría a las heces de los vacunos que por medio de la escorrentía de las aguas será transportados a un afluente más grande y así hasta contaminar el agua potable. Las bacterias coliformes fecales pueden reproducirse rápidamente en condiciones ambientales óptimas para el crecimiento. Con una alimentación adecuada, ellos incluso pueden multiplicarse y crecer en colonias visibles en lugares oscuros, cálidos y ambiente húmedo Al crecer y contar colonias de coliformes fecales bacterias de una muestra de agua, podemos determinar aproximadamente cómo muchas bacterias estaban originalmente presentes. Concentraciones de coliformes fecales varían con frecuencia con la lluvia, temperatura, turbidez, radiación solar, humedad y salinidad(Wang & Deng, 2019) El clima también puede afectar el crecimiento y la distribución de coliformes fecales. La estacionalidad de tales factores ambientales puede afectar a los recursos acuáticos cargas 2 “ Norma 40 CFR parte 503 (EPA, 2003) (2) NOM-004-2002 (Semarnat, 2003) (3) Resolución Nº 375 de 29 de agosto de 2006 (Conama, 2006). (4) Decreto Supremo N°123 (30/08/2006) (Conama, 2000; Mena, 2008) (5) Resolución N° 97/01 (22/11/2001) (Mena, 2008) (6) Propuesta de norma, versión de abril, 2009 (Minambiente, 2009),* Valores para E. coli”. (Torres Lozada et al., 2009)
Ilustración 3 Estado trófico de las algas de acuerdo a su índice de diversidad. 3 Así será la manera correcta de determinar la pureza del agua y si es apta como agua potable, si llega a sobre pasar este límite estaremos corriendo un grave peligro puesto que podemos ingerir alguna bacteria la cual nos pueda causar una enfermedad maligna o a su vez que cause un brote o epidemia de enfermedades afectando a los más vulnerables.
3. Coliformes fecales en aguas residuales. Como es de conocimiento ya es que las aguas residuales estarán contaminadas por coliformes fecales por la presencia de heces humanas en el agua, no podemos aun así obviar la presencia de muchos organismos contaminantes que también van a estar presentes por lo queso aguas residuales. Entonces en lo que nos enfocaremos en algunos métodos para depurar el agua contaminada con Coliformes fecales. 3.1. Métodos para la reducción de coliformes fecales. En nuestro medio la contaminación microbiológica es una cuestión en general superada gracias a los procesos de potabilización y desinfección de las aguas.(Villanueva, Kogevinas, & Grimalt, 2001) Como resultado, existe la necesidad de desarrollar herramientas efectivas que puedan usarse para determinar la concentración de patógenos o al menos organismos indicadores de patógenos en las aguas. (Wang & Deng, 2019) Las redes neuronales son modelos de predicción alternativos, como las redes neuronales artificiales (ANN). Las redes neuronales artificiales (ANN) simulan el funcionamiento del cerebro humano para predecir los niveles de coliformes fecales. Las ANN han demostrado ser prometedoras al modelar y predecir la prevalencia de bacterias indicadoras fecales y brotes de virus en aguas costeras.(Wang & Deng, 2019) A pesar de la reducción de materia orgánica y nutrientes por el uso de los alcalinizantes, todos los tratamientos empleados con cal, previamente neutralizados, muestran su alto potencial de uso en la agricultura, debido a que el contenido de nutrientes de este material puede beneficiar los suelos del Valle del Cauca que se caracterizan por presentar bajos contenidos de materia orgánica (menores de 4%), de nitrógeno (entre 0,2 y 0,7 %) y de fósforo (10 mg/kg)(Torres Lozada, Madera, & Silva, 2009) Los biofiltros dinámicos aerobios de flujo vertical basados en el uso de lombrices, como Eisenia foetida, tienen alta eficiencia en la remoción de materia orgánica y organismos patógenos, por sus características físicas o estructurales (Ramón et al. 2015). Se diseñan con funcionamiento intermitente, por lo que operan con cargas superiores que los horizontales. La 3 Tabla de la calidad del agua medida en índice de Biodiversidad
aplicación intermitente del agua residual y el drenaje vertical en el lecho permiten que las reacciones aeróbicas se produzcan con rapidez, permitiendo una mayor oxigenación del líquido (Pérez et al. 2015). Los biofiltros dinámicos aerobios de flujo vertical basados en el uso de lombrices, como Eisenia foetida, tienen alta eficiencia en la remoción de materia orgánica y organismos patógenos, por sus características físicas o estructurales (Ramón et al. 2015). Se diseñan con funcionamiento intermitente, por lo que operan con cargas superiores que los horizontales. La aplicación intermitente del agua residual y el drenaje vertical en el lecho permiten que las reacciones aeróbicas se produzcan con rapidez, permitiendo una mayor oxigenación del líquido (Pérez et al. 2015).(Vizcaíno Mendoza & Fuentes Molina,
Al tratar el agua residual doméstica con un sistema en serie constituido por un biofiltro dinámico aerobio de flujo vertical con lechos de E. foetida más un sistema de flujo horizontal con E. crassipes, se incrementan las tasas de remoción de materia orgánica, nutrientes y patógenos, obteniéndose un efluente de mejor calidad, que el logrado al tratar el agua con cada especie por separado. (Vizcaíno Mendoza & Fuentes Molina, 2016) La cloración del agua supuso un avance en salud pública a principios del siglo XX al eliminar patógenos del agua reduciendo la incidencia de enfermedades infecciosas. A pesar de este beneficio, el cloro reacciona con precursores orgánicos del agua generando una mezcla compleja de subproductos organoclorados y organobromados con propiedades mutágenas y cancerígenas3,4: trihalometanos (THM), ácidos acéticos halogenados, acetonitrilos halogenados, etc. Los niveles de trihalometanos identificados son altos en comparación con otros países de la Unión Europea. En las áreas de exposición alta la cloración del agua puede dar lugar a un número considerable de casos de cáncer de vejiga.(Villanueva et al., 2001) Conclusión Es necesario incrementar el conocimiento sobre el origen, transformación y efectos de esta nueva generación de contaminantes, para proponer los mecanismos de tratamiento del agua y garantizar una calidad idónea y sin efectos para la salud humana y los organismos acuáticos.(Becerril Bravo, 2009) Según EPA (2003), el proceso para la reducción significativa de patógenos y la estabilización del biosólido podría lograrse mediante la combinación de dos mecanismos: la elevación del pH a valores superiores a 12 unidades por un periodo de al menos 72 horas y la elevación de la temperatura a 52 ºC por un periodo de 12 horas. (Torres Lozada et al., 2009) Entre los tratamientos más comunes para la reducción de patógenos en biosólidos se encuentran el compostaje, la estabilización alcalina y el tratamiento térmico, los cuales utilizan como mecanismos de remoción la radiación solar, la elevación del pH y el aumento de la temperatura.(Torres Lozada et al., 2009) Los resultados obtenidos muestran que, con dosis inferiores a las evaluadas por otros autores (Barros et al. 2005; Farzadkia, Jaafarzadeh y Loveimi Asl, 2007 y Araque, 2006) que emplearon dosis entre el 25 % y el 85 % de cal, es posible alcanzar la reducción de patógenos necesaria para la obtención de un biosólido Clase A. Contrario a lo ocurrido con la cal, ninguno de los tratamientos con ceniza contribuyó a una reducción significativa de los patógenos presentes en el biosólido, debido posiblemente al bajo poder desinfectante de este
Vizcaíno Mendoza, L., & Fuentes Molina, N. (2016). Efectos de Eisenia foetida y Eichhornia crassipes en la remoción de materia orgánica, nutrientes y coliformes en efluentes domésticos. Revista U.D.C.A Actualidad & Divulgación Científica. https://doi.org/10.31910/rudca.v19.n1.2016. Wang, J., & Deng, Z. (2019). Modeling and predicting fecal coliform bacteria levels in oyster harvest waters along Louisiana Gulf coast. Ecological Indicators , 101 (August 2018), 212–220. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2019.01. https://www.epa.gov/ground-water-and-drinking-water/national-primary-drinking-water- regulations#Microorganisms Colombia. Ministerio de Ambiente, vivienda y Desa rrollo Territorial (Minambiente). (2009). Reglamentación sobre aprovechamiento de residuos sólidos, y lodos estabilizados generados en plantas de tratamientos de aguas residua les municipales. Propuesta de resolución, abril de 2009. Comisión Nacional del Medio Am biente (Conama Chile). (2000). Reglamento chileno para el manejo de lodos no peligrosos generados en las plantas de tratamiento de aguas. 27 p. Conselho Nacional do Meio Am biente (Conama, Brasil). (2006). Resolução 375, de 29 de agosto de 2006. Critérios e procedimentos para o uso agrícola de lodos de esgoto gerados em estações de tratamento de esgoto sanitário e seus produtos derivados, e dá outras providências. 32 p. Mena, M. P. (2008). Legislación sobre lodos en América Latina: un análisis comparativo. XXXI Congreso Interamericano AIDIs. santiago de Chile. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (sermanat, México). (2002). Norma de Protección Ambiental de Lodos y Biosólidos. Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. NOM- 004sERMANAT-2002.
