Desinfección del agua residual doméstica de las viviendas ...

1

Desinfección del agua residual doméstica de las viviendas

palafíticas mediante el uso de materiales exclusivos de la

zona

Presentado por:

Sofía Ortiz Barbier

Asesor:

Manuel S. Rodríguez Susa

Universidad de los Andes

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Bogotá D.C., Colombia

2020

2

Tabla de contenido Índice de figuras ................................................................................................................................ 3

Índice de tablas .................................................................................................................................. 3

Introducción ....................................................................................................................................... 4

Introducción general ..................................................................................................................... 4

Objetivos ........................................................................................................................................ 5

Objetivo general ........................................................................................................................ 5

Objetivos específicos ................................................................................................................. 5

Revisión bibliográfica ....................................................................................................................... 5

Viviendas palafíticas ..................................................................................................................... 5

Palafitos en Colombia ................................................................................................................... 6

Riesgo microbiológico asociado .................................................................................................... 8

Emisario ......................................................................................................................................... 9

Estabilización alcalina ................................................................................................................ 12

Inactivación por salinidad .......................................................................................................... 13

Justificación ..................................................................................................................................... 13

Metodología ..................................................................................................................................... 14

Desinfección microbiológica ....................................................................................................... 14

Estabilización Alcalina ............................................................................................................ 14

Inactivación por salinidad ...................................................................................................... 15

Estiércol de cerdo .................................................................................................................... 15

Montaje experimental ............................................................................................................. 16

Resultados y análisis ....................................................................................................................... 18

Efectos sobre el pH ...................................................................................................................... 18

Efecto sobre microorganismos ................................................................................................... 20

Modelo de decaimiento bacteriano ............................................................................................ 24

Diseño ........................................................................................................................................... 25

Conclusiones y recomendaciones ................................................................................................... 27

Bibliografía ...................................................................................................................................... 29

Anexos .............................................................................................................................................. 33

Respuestas solicitud de información .......................................................................................... 33

Respuesta Gobernación de San Andrés, Providencia y Santa Catalina ................................. 33

Respuesta Gobernación de Magdalena ................................................................................... 35

3

Resultados .................................................................................................................................... 36

E. coli ........................................................................................................................................ 36

Aerobios mesófilos ................................................................................................................... 40

Índice de figuras Figura 1. Ubicación de viviendas palafíticas en el mundo Obtenido de: (Gonzalez & Sainz, 2013) ......... 6

Figura 2. Localización general del corregimiento de Buenavista (Martínez, 2020) .................................... 7

Figura 3. Localización general corregimiento Nueva Venecia (Martínez, 2020) ........................................ 8

Figura 4. Funcionamiento de emisarios submarinos. Obtenido de: (Fortt, 2007) .................................... 10

Figura 5. Proceso de tamizaje ........................................................................................................................ 14

Figura 6. Test de jarras .................................................................................................................................. 15

Figura 7. Montaje experimental realizado ................................................................................................... 16

Figura 8. Montaje para toma de datos de cada uno de los tratamientos ................................................... 18

Figura 9. Comportamiento de E. coli (10^1) en 200 mL de agua desionizada .......................................... 20

Figura 10. Comportamiento de E. coli (10^2) en 200 mL de agua desionizada ........................................ 20

Figura 11. Comportamiento de aerobios mesófilos (10^3) en 100 mL de agua desionizada .................... 21


Figura 13 Comportamiento de aerobios mesófilos (10^4) en 200 mL de agua de mar ............................ 22


Figura 15 Comportamiento de aerobios mesófilos (10^4) en 50 mL de agua de mar .............................. 23



Figura 18 Comportamiento de E. coli (10^1) en 50 mL de agua de mar ................................................... 37

Figura 19. Comportamiento de E. coli (10^2) en 50 mL de agua de mar .................................................. 37

Figura 20. Comportamiento de E. coli (10^1) en 100 mL de agua de mar ................................................ 38




Figura 24. Comportamiento de aerobios mesófilos (10^3) en 50 mL de agua desionizada ...................... 40

Figura 25 Comportamiento de aerobios mesófilos (10^4) en 50 mL de agua desionizada ....................... 40




Figura 29. Comportamiento de aerobios mesófilos (10^3) en 50 mL de agua de mar ............................. 42

Figura 30. Comportamiento de aerobios mesófilos (10^3) en 100 mL de agua de mar............................ 43



Índice de tablas Tabla 1. Censo poblacional de viviendas palafíticas en Magdalena (Martínez, 2020) ................................ 7

Tabla 2. Test de jarras realizado para agua de la llave

Tabla 3. Test de jarras realizado con agua desionizada ..................................................................... 15

Tabla 4. Lista de tratamientos evaluados ..................................................................................................... 17

Tabla 5. Resultados de pH ............................................................................................................................. 18

Tabla 6. Cambios de pH en agua lluvia y agua de río ................................................................................. 19

Tabla 7. pH diez días son agitación ............................................................................................................... 19

4

Introducción

Introducción general

Las viviendas palafíticas son construcciones ancestrales sobre pilotes o estacas de madera,

las cuales se encuentran ubicadas sobre la orilla del mar, en los lagos o terrenos cubiertos de

agua (DNP, 2016). Estas surgen como respuesta a las condiciones climáticas que causan la

inundación y a las necesidades de las diferentes comunidades de adaptarse a las

circunstancias. Se han evidenciado en diferentes partes del mundo y en Colombia se

presentan en el Magdalena, Pacífico, San Andrés y Providencia, Amazonas y Putumayo

(Osorio, 2016).

Este tipo de viviendas trae consigo ciertas ventajas y desafíos para los habitantes. En primer

lugar, en cuanto a ventajas, estas se pueden realizar con materiales exclusivos de la zona,

permitiendo que personas que no cuentan con una alta capacidad económica puedan contruir

donde vivir. Por otro lado, en cuanto a desventajas, se encuentra la disposición de residuos y

de agua residual. Estas limitaciones estarían asociadas a problemas de contaminación

ambiental y salud pública.

Teniendo en cuenta que estas viviendas se encuentran distanciadas entre sí, no es

recomendable utilizar un sistema de alcantarillado conectados a estaciones de tratamiento.

Es por esto, que gran número de estas viviendas utilizan letrinas o tanques sépticos para

acumular el agua residual (Strande, Ronteltap, & Brdjanovic, 2014) o sino, simplemente lo

disponen directamente al cuerpo de agua más cercano.

Por tal razón, estas descargas generan un alto riesgo para la salud humana pues se transmiten

enfermedades mediante el agua. Se ha encontrado que principalmente los niños se ven

afectados al realizar actividades de recreación y estar en contacto directo con el agua

(Vermeulen, Hofstra, Krowze, & Medema, 2015). Esto debido a que los niños al realizar este

tipo de actividades también se pueden ver afectados al ingerir inconscientemente el agua que

se encuentra contaminada con materia fecal. Es importante tener en cuenta que los patógenos

entéricos son causantes de diarrea, la cual está asociada con la segunda causa de muertes

infantiles a nivel mundial (WHO & UNICEF, 2009).

Por tal razón, el presente trabajo plantea dos alternativas de tratamiento de agua residual de

las viviendas palafíticas utilizando exclusivamente materiales de la zona, con el fin de

garantizar una desinfección microbiológica y si es posible un mejoramiento en la calidad de

vida de los habitantes de dichas viviendas, mediante soluciones de fácil acceso y

económicamente viables. Igualmente se plantea un modelo de decaimiento bacteriano lo que

permite realizar un diseño básico para estas comunidades.

5

Objetivos

Objetivo general

Realizar una propuesta tecnológica para minimizar el riesgo microbiológico asociado a las

descargas de agua residual doméstica en las zonas palafíticas de Colombia mediante la

inactivación de los microorganismos con materiales exclusivos de la zona.

Objetivos específicos

Aumentar la tasa de decaimiento de los microorganismos que se encuentran en la

materia fecal mediante estabilización alcalina y aumento de salinidad.

Establecer las condiciones adecuadas para realizar el procedimiento de desinfección

in situ

Revisión bibliográfica

Viviendas palafíticas

Las viviendas palafíticas son aquellas viviendas donde su construcción se realiza sobre la

orilla del mar, en los lagos o terrenos cubiertos de agua, las cuales se construyen sobre pilotes

o estacas de madera (DNP, 2016). Estas viviendas han sido utilizadas por diferentes culturas

a nivel mundial con el fin de afrontar las condiciones de inundación (Morant, Villota, &

Viñals, 2015). Lo anterior, debido a que estas son construcciones modulares las cuales están

sujetas al suelo mediante pilotes que evitan el desplazamiento horizontal, pero que permiten

una elevación aproximada de dos metros en caso de inundación (Cantillo & Bustamante,

2018).

Este tipo de viviendas fueron establecidas muchos años atrás como se confirma en Crónica

del Perú, el señorío de los Incas, donde el autor hace referencia a su expedición realizada en

el siglo XVI. En esta, el autor habla sobre los grandes ríos y sobre las casas armadas en

grandes horcones a manera de tablados (Cieza, 2005). Además, se ha evidenciado que las

primeras viviendas palafíticas surgieron en el neolítico y desde ahí se han establecido en

diferentes partes del mundo en distintos momentos de la historia, como se muestra en la

figura a continuación.

6

Figura 1. Ubicación de viviendas palafíticas en el mundo Obtenido de: (Gonzalez & Sainz, 2013)

Palafitos en Colombia

En Colombia las viviendas palafíticas se ubican en diferentes zonas costeras y se encuentran

en mayor cantidad en la zona del Pacífico, pero también se pueden localizar en Santa Marta,

las islas de San Andrés y Providencia, en el Amazonas y en el Putumayo (Osorio, 2016).

Todas las anteriores se encuentran a orillas de ríos o mares, por lo que presentan mayor riesgo

de inundación, lo que llevó a que se consolidarán este tipo de viviendas en estas zonas.

Es importante tener en cuenta que en Colombia no se cuenta con registros exactos sobre el

número de viviendas palafíticas en el país. Lo anterior, se estableció a partir de la respuesta

recibida por parte de la Directora Técnica de Censos y Demografía del país, donde ella afirma

explícitamente “el censo 2018 NO indagó por las viviendas que se construyen sobre estacas

de madera, normalmente dentro de un lago o río (Palafitos)” (Acevedo, 2019).

Sin embargo, el Subdirector Científico y Tecnológico del Instituto SINCHI, informa que en

el Amazonas todas las edificaciones tradicionales son muy móviles o son construidas sobre

palafitos. Adicionalmente, informa cómo estas son construidas con materiales de madera u

hojas de palma, y que los asentamientos ubicados a orillas del río son provisionales y de corta

duración. En cuanto a las construcciones “convencionales”, las cuales están ubicadas en las

ciudades del Amazonas, al ser estructuras rígidas y sin palafito tienden a inundarse,

específicamente los barrios más cercanos al río y aquellos más pobres (Ehlich, 2019).

Con el fin de profundizar en lo anterior, se preguntó a las gobernaciones de Amazonas,

Magdalena, Chocó y San Andrés, Providencia y Santa Catalina el consolidado sobre el

número de personas que habitan en viviendas palafíticas y un mapa de ubicación espacial de

dichas viviendas. Sin embargo, solo se obtuvo respuesta de la gobernación de San Andrés,

Providencia y Santa Catalina y de Magdalena, lo que permitió en primer lugar determinar

que el primero no cuenta con un censo de viviendas palafíticas (Jay, 2020); mientras que, con

respecto a la gobernación de Magdalena, se pudo obtener un censo poblacional de las

viviendas palafíticas de este departamento. Se conoce que existen tres pueblos palafíticos

7

ubicados en la ecorregión Ciénaga Grande de Santa Marta, los cuales son Bocas de

Aracataca, Buenavista y Nueva Venecia. Cada uno de estos presenta viviendas con un

aproximado de seis habitantes según como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 1. Censo poblacional de viviendas palafíticas en Magdalena (Martínez, 2020)

Adicionalmente se presenta la ubicación geográfica de los últimos dos a continuación

Figura 2. Localización general del corregimiento de Buenavista (Martínez, 2020)

Pueblo palafítico No. Viviendas No. Habitantes

Bocas de Aracataca 19 122

Buenavista 72 412

Nueva Venecia 423 2194

8

Figura 3. Localización general corregimiento Nueva Venecia (Martínez, 2020)

A partir de las figuras anteriores se puede evidenciar una dispersión de las viviendas en cada

uno de los corregimientos, sin haber distancias concretas entre cada una de estas.

Adicionalmente, se puede ver la alta densidad de estas viviendas en la zona. Los comunicados

oficiales de dichas gobernaciones se encuentran en anexos en Respuestas solicitud de

información.

Por otro lado, se ha encontrado que por efectos de la urbanización, estas viviendas han

quedado exclusivamente para zonas marginales de las ciudades (Osorio, 2016). De igual

forma, al estar ubicadas en estas zonas remotas, estas presentan limitaciones en cuanto a la

falta de saneamiento y el déficit de servicios básicos.

Riesgo microbiológico asociado

Teniendo en cuenta las condiciones en las que habitan las personas en viviendas palafíticas,

se podría decir que estas facilitarán ciertos problemas de salud. Lo anterior, debido a que

gran parte de esta población utiliza letrinas o tanques sépticos (Strande, Ronteltap, &

Brdjanovic, 2014) para acumular su agua residual, pero otra parte de la población tiende a

disponerla en los cuerpos de agua sobre los cuales habitan.

La disposición directa al cuerpo de agua puede generar un alto riesgo para la salud humana

pues se transmiten enfermedades mediante esta (WHO, 2019), teniendo en cuenta que

además se está en contacto directo con materia fecal. Se ha encontrado, que los niños, parte

de la población más vulnerable, se ven afectados al realizar diferentes actividades de

recreación en los cuerpos de agua, estando en contacto con estas descargas de agua residual

9

(Vermeulen, Hofstra, Krowze, & Medema, 2015). Es importante tener en cuenta, que al

realizar estas actividades, los niños también se pueden ver afectados al ingerir

inconscientemente el agua que se encuentra contaminada con materia fecal.

Por tal razón, es pertinente tener en cuenta que los patógenos entéricos son causantes de

diarrea, la cual está asociada a la segunda causa de muertes infantiles a nivel mundial (WHO

& UNICEF, 2009). Además, se conoce que la materia orgánica presente en el agua residual

genera el aumento de la población bacteriana y parasítica. Por tal razón, se sabe que las zonas

superpobladas que se alimentan de organismos marinos presentan un riesgo elevado a

contraer enfermedades y epidemias como lo es la disentería (Fortt, 2007).

Con respecto a esto, es importante tener en cuenta que los habitantes de viviendas palafíticas

carecen también de sistema de acueducto y alcantarillado (Viceministerio de Agua y

Saneamiento Básico, 2018). Conociendo lo anterior, se puede inferir que en algunos casos

estas personas utilizan el agua del cuerpo de agua más cercano para suplir sus necesidades

básicas viéndose por lo tanto afectados a los problemas de organismos microbiológicos

patógenos.

Emisario

Los emisarios submarinos son un sistema creado con el fin de alejar las aguas residuales de

la población. Por tal razón, estos consisten en un conducto que transporta las aguas residuales

de una población hacia el mar a una distancia lo suficientemente lejana de la orilla y con

cierta profundidad, con el fin que estas representen un peligro bajo de contaminación de las

aguas (Brenes, Brenes, & Solano, 2002). Principalmente, los emisarios consistían en una

tubería abierta la cual descargaba sin control las aguas residuales al mar. Hoy en día, este

sistema cuenta también accesorios que facilitan el proceso de dilución y pretratamiento. A

continuación se evidencia una figura sobre el funcionamiento de los emisarios, y cómo estos

pueden ser realizados en ríos o mares dependiendo de la facilidad de la población.

10

Figura 4. Funcionamiento de emisarios submarinos. Obtenido de: (Fortt, 2007)

Colombia cuenta con tres diferentes emisarios submarinos los cuales están ubicados en Santa

Marta, San Andrés y Cartagena. Es importante tener en cuenta que antes de la creación de

estos, las aguas residuales de estos tres lugares eran vertidas directamente en el mar. En el

2000 se construyó el primer emisario submarino colombiano con el fin de mejorar las

condiciones de calidad de agua marina (Garcia, 2013). Con respecto al de San Andrés, este

fue construido en el 2007; es importante mencionar que este no cuenta con un tratamiento

previo al emisario, por lo que todo lo que sale de las tuberías de aguas residuales entra

directamente al mar (Torres, Fussalbo, Tellez, & Quintero, 2008). El último emisario creado

en el país fue en Cartagena en el 2013, el cual cuenta con un pre-tratamiento previo al

emisario, el cual permite la eliminación de sólidos flotantes, grasas y aceites (Niño & Peña,

2015).

Este sistema se ha considerado adecuado debido a que permite tener una relación entre las

necesidades de saneamiento básico y la conservación del medio ambiente (Maldonado,

2014). Al ingresar al agua de mar, el agua residual se ve afectada por procesos físicos,

químicos y biológicos los cuales se generan a gran velocidad y por consiguiente tienen alta

efectividad a la hora de diluir los contaminantes. Además, debido a factores como la

turbulencia, la radiación ultra violeta, la temperatura y la salinidad (Aguas de Cartagena,

2012), el proceso se ve favorecido eliminando mayor cantidad de organismos patógenos

11

Sin embargo, diferentes estudios han demostrado que los emisarios submarinos no son del

todo efectivos a la hora de disminuir la concentración de patógenos en el agua. Lo anterior,

debido a que se ha evidenciado que la densidad de aguas residuales domésticas es inferior a

la densidad del agua marina (Ludwing, 1988). Por tal razón, un factor fundamental a tener

en cuenta a la hora de elegir el punto de desembocadura del emisario, es que el ambiente en

el que quede sea estratificado, de esta manera, habrá una mezcla ligera llegando a un punto

donde no haya diferencia de densidad. Por el contrario, si no hay una estratificación del

ambiente marino adecuada, se presentará una diferencia de densidades haciendo que el agua

contaminada suba a la superficie y no se de una adecuada desinfección de la misma (Ramos-

Ortega, Vidal, Vilardy, & Saavedra-Díaz, 2008). Adicionalmente, se ha demostrado que la

estratificación del agua varía dependiendo de la época del año; por ejemplo en Santa Marta,

los periodos de estratificación se presentan de abril a junio y de agosto a diciembre (Garcia,

2013), lo que implicaría que la mezcla óptima del agua y la dilución de los contaminantes

solo se da en esta época, dejando el resto del año en condiciones no favorables para el medio

ambiente y salud pública.

Por otro lado, un estudio realizado en Chile afirma que estos sistemas no solucionan el

problema de contaminación ambiental por lo que no deberían ser la primera opción de

tratamiento de desechos (Fortt, 2007), pues las bacterias fecales han mostrado una alta

sobrevivencia en el mar, hasta cierto punto una alta adaptación, lo que les permite permanecer

en el sedimento (Davis, Long, Donald, & Ashobolt, 1995). Esto se evidenció en un estudio

realizado en Chile, donde a pesar de la presencia de emisarios submarinos, se muestreó agua

superficial en cinco puntos diferentes, cercanos al emisario submarino, de los cuales cuatro

superaban el nivel de la normativa (Toledo, et al., 2005).

Es importante tener en cuenta que el efecto de estos sistemas de disposición de aguas

residuales también estaría afectando el medio marino y sus diferentes ecosistemas los cuales

son frágiles, debido a que se sobreestima la capacidad de asimilación del mar (Contraloría

General de la República Colombia, 2014). Se ha encontrado que las diferentes especies de

animales y plantas que habitan cerca a los emisarios submarinos se pueden ver afectadas. Un

ejemplo de esto, son los bivalvos que se alimentan por filtración (mejillones y ostras), los

cuales acumulan bacterias patógenas en sus tejidos (Santos, 2014). De esta manera, toda la

red trófica se podría ver afectada al consumir estos organismos, además de generar un riesgo

importante en salud pública.

Finalmente, es fundamental considerar que en Colombia no se cuenta con ninguna normativa

para este tipo de vertimiento. Lo anterior, debido a que no existe ningún tipo de política

pública que trate sobre emisarios como sistema de disposición de aguas residuales. Esto

conlleva a que las diferentes organizaciones encargadas de los proyectos de los tres emisarios

submarinos que existen actualmente no le den la importancia necesaria a los aspectos de

conservación y preservación del medio ambiente. De tal manera, al ser vertidos volúmenes

de agua tan altos, con un tratamiento preliminar solamente, se expone a graves afectaciones

el patrimonio natural de la Nación (Contraloría General de la República Colombia, 2014).

12

Estabilización alcalina

La estabilización alcalina es un proceso que permite la reducción de potenciales olores, mata

a los patógenos y reduce el potencial de atracción de los vectores. Este consiste en la adición

de materiales alcalinos con el fin de aumentar el pH a tal punto que sea desfavorable para el

crecimiento de los patógenos (EPA, 2000). Por tal razón, el principio fundamental de este

proceso es aumentar el pH por encima de 12 unidades y mantenerlo como mínimo por 72

horas con el fin de lograr la reducción significativa de patógenos (Torres, Madera, &

Martinez, 2008).

Es importante tener en cuenta, que la estabilización alcalina permite la remoción de diferentes

tipos de organismos incluyendo coliformes fecales, Salmonella y huevos de helmintos, los

cuales se encuentran generalmente en aguas residuales (Jimenez, Barrios, & Maya, 2000).

Los helmintos son un grupo de parásitos macroscópicos que al ubicarse en el tubo digestivo

de los humanos puede provocar diarrea aguda (Tay & Sánchez, 2002), lo que podría generar

deshidratación. Por tal razón, es de suma importancia lograr este tipo de inactivación, con el

fin de prevenir diferentes enfermedades asociadas a los organismos mencionados.

La estabilización alcalina se usa con el fin de tratar los lodos generados en los procesos de

tratamiento de aguas residuales, debido a que estos lodos sin tratar afectan el medio ambiente

por su contenido de materia orgánica y microorganismos (Amador-Díaz, Veliz-Lorenzo, &

Bataller-Venta, 2015). El problema que puede presentar este tipo de inactivación bacteriana,

es que si el pH llega a disminuir, se daría nuevamente el crecimiento de los microorganismos

(Limón, 2013). Por tal razón, es necesario mantener durante todo el proceso del tratamiento

el pH alto, superior a 12 unidades, con el fin de lograr la completa inactivación de los

microorganismos.

Se han encontrado diferentes materiales que permiten realizar un proceso adecuado de

estabilización alcalina, entre los cuales se encuentra la cal hidratada, la cal viva y cenizas

provenientes de procesos de combustión (Torres, Madera, & Silva, 2009). Sin embargo, a

partir de diversos estudios, se ha logrado demostrar que el material alcalino usualmente

utilizado para realizar este proceso es la cal viva (óxido de calcio) (Silva-Leal, Bedoya-Ríos,

& Torres-Lozada, 2013). Esto, debido a que esta permite fácilmente el aumento de pH lo que

conlleva a la disminución de los patógenos.

Se han realizado diversos estudios donde se comparan las concentraciones de cal que se

debería usar para lograr una remoción de los microorganismos en los lodos. En primer lugar,

un estudio realizado en Irán, muestra la remoción de patógenos con adición de cal viva a

concentraciones de 9.8 g/L y 21.3 g/L. En este, se evidenció una inactivación completa de

Salmonella, una remoción del 99% de coliformes fecales y una remoción de huevos de

helmintos de 56% y 83% para cada una de las concentraciones utilizadas respectivamente

(Bina, Movahedian, & Kord, 2004). Por otro lado, Torres, Madera y Martínez (2008)

lograron con una concentración de cal viva y de cal hidratada al 15% una reducción completa

de huevos de helmintos y también de todos los patógenos.

13

Inactivación por salinidad

El agua residual doméstica se caracteriza por la presencia de heces y orina humana y de

elementos de aseo, tanto personal como del hogar. Es por esto, que está compuesta

principalmente por materia orgánica, microorganismos y restos de jabones, detergentes y

grasas (Espigares & Perez, s.f.). Se sabe que los microorganismos que se encuentran en estas

aguas residuales son exclusivamente de agua dulce. Por tal razón, al ingresar estas bacterias

a agua de mar, estas presentarán un aumento osmótico inmediato (Rozen & Belkin, 2001).

Es importante tener en cuenta, que si los cambios en la concentración de sal se dan de manera

gradual, los microorganismos se pueden adaptar a estas concentraciones y por consiguiente

se puede reducir el impacto de la salinidad (He, et al., 2017). Sin embargo, si se da un cambio

abrupto, las células de las bacterias van a tender a reaccionar con el fin de disminuir los

efectos de estos cambios. Por tal razón, entre mayor sea la concentración de sal, los

microorganismos van a necesitar mayor energía para lograr este proceso.

Teniendo en cuenta los procesos naturales que se dan en las células, entre ellos la ósmosis,

se sabe que al ingresar las bacterias al agua de mar, estas van a encontrarse en un medio

hipertónico, lo que significa que al exterior de la célula hay mayor concentración de solutos

(sal). Por tal razón, la tendencia natural de la misma va a ser a expulsar agua al exterior de la

célula con el fin de igualar las concentraciones al interior y exterior de la misma. Esto,

generará una pérdida de agua hasta tal punto que la célula se va a deshidratar y por

consiguiente va a dejar de ser funcional (Sadava, Hills, Heller, & Berenbaum, 2014). Lo

anterior, es conocido como plasmólisis celular el cual es el efecto de la presión osmótica

(Hong, et al., 2013).

Por otro lado, se ha encontrado que las diferentes actividades enzimáticas que se presentan

en el metabolismo de las bacterias se pueden ver afectadas por efectos de la salinidad. Se ha

logrado observar una correlación negativa entre la salinidad y la actividad enzimática, por lo

que al aumentar la primera, la actividad enzimática se va a ver reducida (Cortés-Lorenzo, et

al., 2012). Teniendo en cuenta la importancia de las enzimas para catalizar las reacciones

fundamentales para el metabolismo de los microorganismos (Kennelly & Rodwell, 2016), se

sabe que al verse estas afectadas, también se verá alterado el organismo, por lo que llevará

en el corto o largo plazo a la inactivación bacteriana.

Justificación Ahora bien, conociendo las implicaciones ambientales y sociales que se presentan al habitar

viviendas palafíticas (arrojar las aguas residuales a la fuente de agua más cercana), se

considera necesario evaluar posibles alternativas a este sistema de disposición.

Adicionalmente, la falta de información sobre este tipo de viviendas a nivel gubernamental,

demuestra el poco interés que se tiene en el país sobre los habitantes de estas.

Considerando que las viviendas palafíticas se encuentran en zonas marginales del país, se

examina la posibilidad de plantear un sistema de tratamiento de agua residual que minimice

el efecto de la contaminación microbiológica generada por esta y que utilice insumos de la

14

zona como lo son el tipo de agua de mayor abundancia (río, mar y lluvia) y las conchas de

bivalvos. Lo anterior, debido a que tratar de implementar un sistema de tratamiento

convencional no es factible dadas las condiciones económicas de la zona.

Adicionalmente, se plantea establecer un modelo de decaimiento bacteriano, que permita

identificar el tiempo necesario para lograr la inactivación microbiológica. De tal manera, se

puede establecer un diseño del sistema de tratamiento que incluya la toma del agua residual

de la vivienda, su adecuado tratamiento y su disposición final.

Metodología Con el fin de cumplir los objetivos, se realizó el procedimiento en el laboratorio para

disminuir el crecimiento de patógenos y así lograr la desinfección. Para esto, se analizó tanto

la estabilización alcalina como efectos de la salinidad; procedimientos que se pueden realizar

con materiales exclusivos de las zonas palafíticas. Por otro lado, después de disminuir el

crecimiento de patógenos en el agua, se procedió a realizar un modelo de decaimiento

bacteriano que permita establecer las condiciones óptimas para la realización del diseño y así

lograr la inactivación, esta segunda parte se encuentra en resultados.

Desinfección microbiológica

La desinfección microbiológica se realizó mediante dos procesos diferentes, estabilización

alcalina e inactivación por salinidad.

Estabilización Alcalina

La estabilización alcalina se realizó mediante el uso de conchas de mar, debido a la presencia

de carbonato de calcio en estas.

Para esto fueron recogidas conchas de almeja en el restaurante

Sabores del Pacífico, el cual se encuentra ubicado en la carrera 4 con

carrera 20 de la ciudad de Bogotá. Estas fueron limpiadas, mediante

la remoción de carne animal para luego lavarlas con agua

desionizada. Posterior a esto, se procedió a realizar la disminución

del tamaño de las conchas utilizando una trituradora de mandíbulas

marca RETSCH modelo BB200, la cual permite disminuir el tamaño

de diferentes materiales y dejarlos dependiendo de la condición que

se necesite, que se encuentra en el Laboratorio de Ingeniería

Ambiental de la Universidad de los Andes. Con el fin de obtener un

tamaño de partícula constante se utilizó el tamiz No. 60, el cual solo

permite el paso de partículas de diámetro inferior a 0.25 mm.

A continuación, se realizó la calcinación de las conchas. Esto, con el fin de obtener óxido de

calcio, el cual es cal viva y permite una óptima estabilización alcalina. Para esto, se tuvo en

cuenta la siguiente reacción química:

𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 → 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2

Figura 5. Proceso de tamizaje

15

Esta reacción se logró gracias a una mufla marca E&Q modelo M95, la cual fue llevada a

800°C durante dos horas, teniendo en cuenta que según estudios previos a esta temperatura

se logra obtener la mayor cantidad de óxido de calcio (Nordin, Hamzah, Hashim, Hafiz, &

Abdullah, 2015).

Posterior a esto, se utilizó esta concha

calcinada (CaO) y se realizó un test de

jarras con el fin de analizar si realmente se

lograba el cambio del pH del agua. Esto

se realizó con agua de la llave y agua

desionizada. Se seleccionaron cinco

concentraciones diferentes de concha

calcinada en el agua, las cuales fueron 1,2,

5, 10 y 20 g/L. Se aplicaron estas

concentraciones cada una en 1 litro de

agua. Para esto, se midió el pH del agua antes de aplicar la concha. Se mezcló a 170

revoluciones por minuto durante diez minutos y finalmente se volvió a medir el pH

obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 2. Test de jarras realizado para agua de la llave Tabla 3. Test de jarras realizado con agua desionizada

A partir de las tablas anteriores, se puede evidenciar que el tratamiento realmente tiene un

efecto sobre el aumento del pH del agua, lo que permitió continuar con el procedimiento y

seguir a la fase de inactivación microbiológica por este medio.

Inactivación por salinidad

Con respecto a la inactivación por salinidad, se tomó agua de mar del departamento del

Atlántico, exactamente en la zona de Los Cocos de Playa Linda en Tubará. Esta fue

recolectada en tres bidones de 20 L cada uno, los cuales fueron enviados a Bogotá a la

Universidad de los Andes, para ser guardados en los Laboratorios de Ingeniería Ambiental.

Estiércol de cerdo

Se utilizó estiércol de cerdo con el fin de asemejar el agua tratada al agua residual doméstica.

Se tomó 1 kilogramo de estiércol de diferentes cerdos de la Universidad de Ciencias

Ambientales Aplicadas (UDCA). Este fue almacenado en la nevera del Laboratorio de

Ingeniería Ambiental de la Universidad de los Andes a 4°C, con el fin de mantener una

adecuada conservación de la muestra.

MuestraConcentración

(g/L) pH i

pH f

(10 min)

1 1 7.22 11.16

2 2 7.93 11.31

3 5 6.88 11.96

4 10 6.86 12.17

5 20 6.92 12.51

MuestraConcentración

(g/L) pH i

pH f

(10 min)

1 1 7.66 11.85

2 2 7.96 11.97

3 5 7.59 12.27

4 10 6.85 12.52

5 20 7.07 12.66

Figura 6. Test de jarras

16

Montaje experimental

Ahora bien, después de obtener todos los insumos necesarios, se procedió a realizar un

montaje experimental. Para esto, se tuvieron en cuenta tres variables experimentales, las

cuales fueron concentración del estiércol en el agua, concentración de la concha calcinada y

tipo de agua.

Con respecto a la concentración del estiércol en el agua, se utilizaron tres concentraciones

diferentes masa de estiércol/volumen de agua las cuales fueron 1g/50mL, 1g/100mL,

1g/200mL. Las tres concentraciones de concha calcinada fueron 1g/L, 5g/L y 20g/L. Se

utilizaron dos aguas diferentes las cuales eran agua de mar y agua desionizada.

Figura 7. Montaje experimental realizado

17

A partir de la figura anterior se puede evidenciar que este montaje contó con 18 tratamientos

diferentes.

Tabla 4. Lista de tratamientos evaluados

Tratamiento Tipo de

Agua

Concentración

de estiércol

(g/mL)

Concentración

de concha

(g/L)

1 Desionizada 1/50. 1









10 Mar 1/50. 1

11 Mar 1/50. 5

12 Mar 1/50. 20

13 Mar 1/100. 1

14 Mar 1/100. 5

15 Mar 1/100. 20

16 Mar 1/200. 1

17 Mar 1/200. 5

18 Mar 1/200. 20

Para cada uno de estos tratamientos se realizó el conteo antes y después de la aplicación de

la concha de aerobios mesófilos y de E. coli y medidas de pH. Fue pertinente evaluar la

dilución necesaria a la cual fuera posible realizar el conteo de microorganismos. De tal

manera se obtuvo que para E. coli las diluciones óptimas eran 10-1 y 10-2, mientras que para

aerobios mesófilos fueron 10-3 y 10-4. Las muestras se mantuvieron agitadas durante siete

días, volviendo a realizar las mediciones en el día 2 y en el día 7 para así analizar el efecto

de la concha en el tiempo y de igual forma el comportamiento de los microorganismos.

La siembra de E. coli se realizó en agar EMB, el cual es un medio selectivo y diferencial

utilizado para el aislamiento de bacilos Gram negativos, donde los microorganismos que

fermenten lactosa y/o sacarosa se verán de color negro con brillo metálico, por lo que E. coli

presentará esta coloración (Becton Dickinson , 2013). Por otro lado, para aerobios mesófilos,

se utilizó agar nutritivo, el cual no es ni selectivo ni diferencial, pero permite el recuento de

las colonias (Condalab, 2019).

18

Figura 8. Montaje para toma de datos de cada uno de los tratamientos

Resultados y análisis Se realizó conteo de E. coli y aerobios mesófilos y se realizaron mediciones de pH para cada

uno de los tratamientos realizados, en 4 momentos diferentes (antes de agregar la concha,

instantáneo, dos días después y siete días después). Es importante mencionar que el segundo

tratamiento no se pudo realizar debido a que se rompió la muestra antes de la toma de datos.

Efectos sobre el pH

En primer lugar se evaluó el cambio del pH para cada uno de los tratamientos, obteniendo

los siguientes resultados:

Tabla 5. Resultados de pH

Tratamiento pH inicial pH

instantáneo pH día 2 pH día 7

1 8.47 10.74 9.13 10.65

2 - - - -

3 8.16 12.16 12.02 12.71

4 9.09 10.40 8.68 7.12

5 9.10 11.03 10.74 10.90

6 9.26 11.62 11.59 11.52

7 8.29 10.53 10.18 8.25

8 8.07 11.20 10.72 10.86

9 8.38 11.67 11.63 11.90

10 7.87 9.75 8.51 8.10

11 8.14 10.02 9.88 10.17

12 8.21 10.53 10.00 10.24

19

13 8.50 9.25 8.13 7.48

14 8.53 10.00 9.85 9.49

15 8.59 10.06 9.99 9.93

16 8.45 9.44 9.06 8.58

17 8.36 10.05 9.84 9.52

18 8.45 10.41 9.97 9.81

A partir de la tabla anterior, se puede evidenciar un aumento en el pH especialmente en los

tratamientos donde el tipo de agua fue agua desionizada. En estos casos, se puede evidenciar

como este incrementa instantáneamente al agregar la concha calcinada y se mantiene a lo

largo de los siete días que estuvo en observación. Por el contrario, con respecto al agua de

mar, se puede ver que el incremento del pH no fue tan significativo, debido a que no llegaba

a los niveles necesarios para inactivar microorganismos. Además, se observó una

disminución en los valores de pH a medida que pasaba el tiempo. Esto permitiría concluir

que el agua de mar tiene un efecto buffer, lo que impide grandes cambios del pH.

Teniendo en cuenta estos resultados, se procedió a realizar este mismo procedimiento para

agua de río y agua lluvia, con el fin de determinar si la concha calcinada si permite el

incremento de pH para este tipo de agua. Para esto, se utilizaron 200 mL de agua y una

concentración de 20g/L de concha. Se les aplicó la misma agitación que al resto de

tratamientos realizados.

Tabla 6. Cambios de pH en agua lluvia y agua de río

pH Antes Instantáneo Día 2 Día 4 Día 6 Día 8

Agua Lluvia 5.33 11.05 12.03 12.33 12.24 12.28

Agua Río 5.55 11.33 11.92 12.13 12.05 12.10

Adicionalmente, después del octavo día, se retiraron las muestras del shaker y se dejaron

guardadas por diez días con el fin de evaluar el pH sin agitación, obteniendo los siguientes

resultados:

Tabla 7. pH diez días son agitación

pH

Agua Lluvia 11.91

Agua Río 11.76

Por tal razón, se podría decir que la concha calcinada si tiene un efecto sobre el agua de lluvia

y agua de río. Lo anterior, permitiría realizar el tratamiento planteado en zonas palafíticas

NO marinas, como en el Amazonas donde abunda el agua de río y en el Chocó donde se

presenta la mayor pluviosidad nacional.

20

Efecto sobre microorganismos

Es importante tener en cuenta que para cada caso se utilizó una muestra de estiércol diferente.

Por tal razón, en ningún caso se presentará que la cantidad inicial de microorganismos en la

muestra va a ser igual. A continuación se evidencian algunos casos representativos el

comportamiento encontrado a lo largo del tiempo; los demás se pueden encontrar en Anexos

Figura 9. Comportamiento de E. coli (10^1) en 200 mL de agua desionizada

En primer lugar, con respecto a la figura anterior, se puede evidenciar que en el momento

inicial, las tres muestras tenían concentraciones incontables de microorganismos; sin

embargo, después de agregar la concha se presenta inactivación absoluta de E. coli en el

momento instantáneo. Adicionalmente, se evidencia que esta inactivación se mantiene

constante a lo largo del tiempo.


21

Con respecto a la Figura 10, se puede ver exactamente el mismo comportamiento, donde se

presenta inactivación completa en el momento de agregar la concha la cual se mantiene

constante a lo largo del tiempo. Lo anterior tiene sentido con respecto a la Figura 9, debido a

que se presenta la misma muestra solo que a diferentes diluciones, por lo que a mayor

dilución, menor cantidad de microorganismos, como se puede observar en el momento

inicial.

Figura 11. Comportamiento de aerobios mesófilos (10^3) en 100 mL de agua desionizada

Por otro lado, la Figura 11 muestra un decaimiento mucho mayor cuando se presenta mayor

concentración. Esto se puede ver al comparar las pendientes entre los puntos antes y justo

después de agregar la concha de 5 y 20 g/L. Por otro lado, se evidencia que en un principio,

para el tratamiento de 1g/L no se observó ningún efecto, sin embargo en el día siete se

observó una disminución de la cantidad de aerobios mesófilos.


22

Con respecto a la figura anterior, es necesario tener en cuenta que no se evaluó la

concentración de 5g/L de concha debido a las fallas técnicas que se presentaron mencionadas

anteriormente. Para los otros dos casos, se puede evidenciar una disminución de los

microorganismos en el momento en el que se adiciona la concha independientemente de la

concentración utilizada. Esta disminución se mantuvo hasta el día 2, donde se evidenció que

para ambos casos la presencia bacteriana era casi nula. Adicionalmente, se puede apreciar

que en el día 7 se presentó un incremento en las colonias del tratamiento de 1g/L de concha

mientras que las de 20g/L se mantuvieron en cero.

Figura 13 Comportamiento de aerobios mesófilos (10^4) en 200 mL de agua de mar

Teniendo en cuenta la Figura 13, se puede evidenciar que al momento de agregar la concha

no se observa ningún efecto sobre los microorganismos, esto puede ser un efecto de que a

mayor cantidad de agua salada, más difícil es lograr mantener el pH como se observa en la

Tabla 5. Resultados de pH. Sin embargo con el paso del tiempo se termina dando un

decaimiento bacteriano significativo, lo que puede ser una consecuencia de la salinidad en el

agua que lentamente está afectando a los microorganismos.

23


La Figura 14 muestra un comportamiento inusual. Lo anterior, debido a que para el

tratamiento de 1g/L de concha calcinada, se puede observar que antes del tratamiento la

concentración de microorganismos era cercana a cero pero en el momento de agregar la

concha esta incrementó. Esto puede ser consecuencia de contaminación, debido a que

después en el día 7, la concentración de microorganismos vuelve a disminuir. Por otro lado,

con respecto a las concentraciones de 5 y 20 g/L si se pudo evidenciar una disminución de

los microorganismos manteniéndose a lo largo de los siete días evaluados.

Figura 15 Comportamiento de aerobios mesófilos (10^4) en 50 mL de agua de mar

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Nú

mer

o d

e m

icro

org

anis

mo

s (U

FC x

10

^1)

Tiempo (días)

1 g/L de concha

5 g/L de concha

20 g/L de concha

Aplicación de la concha

24

Con respecto a la figura anterior, se puede evidenciar un comportamiento inusual en cuanto

al tratamiento que presenta una concentración de concha de 5g/L, se considera que este es

debido a contaminación en el proceso experimental. Por otro lado, pareciera que para las

concentraciones de 1 y 20 g/L la cantidad de concha no tuvo ningún efecto sobre el

decaimiento bacteriano pues se evidencia una línea casi horizontal.

Finalmente, de manera general y aunque no se presenta en todos los casos, se puede ver una

relación directa entre la cantidad de concha y la disminución de microorganismos presentes

en la muestra. Por tal razón, se puede afirmar que la mejor concentración para lograr una

inactivación bacteriana sería de 20 g/L.

Por otro lado, se evidencia que el agua de mar impide el incremento del pH por lo que no

se presenta una relación sinérgica entre la salinidad y la estabilización alcalina. Por lo

tanto, se puede decir que en los tratamientos donde el tipo de agua fue agua de mar, la concha

calcinada no tuvo ningún efecto, por tal razón el decaimiento bacteriano se debe

exclusivamente a los efectos de la salinidad sobre los microorganismos.

De igual forma, se evidencia que para agua salada, a mayor cantidad de agua por gramo

de estiércol se presenta mayor disminución de los microorganismos. Lo anterior debido

a efectos de la salinidad, pues a mayor cantidad de agua, los microorganismos están

enfrentados a una mayor concentración de salinidad.

Modelo de decaimiento bacteriano

A partir de los resultados anteriores, se procedió a realizar un modelo de decaimiento

bacteriano. Para esto, se tuvo en cuenta la ecuación de primer orden que sigue la ley de Chick

(Sagarduy, Courtois, Del Campo, Garmendia, & Petrau, 2019)

𝐶𝑓 = 𝐶𝑖𝑒−𝑘𝑡

Se comenzó determinando la relación existente entre cada uno de los factores evaluados y la

constante de decaimiento. Es pertinente mencionar que para el tipo de agua no se pudo

establecer una relación debido a que no se evaluó como factor independiente sino que por el

contrario se evaluó junto con la concha; como no existe una relación sinérgica de cantidad

de concha y salinidad, se dificulta el análisis de este factor. Sin embargo este factor es de

suma importancia debido a la evidencia que se mostró donde al utilizar agua de río, agua

lluvia y agua desionizada si se obtuvo aumento de pH y por consiguiente estabilización

alcalina, mientras que con agua de mar no.

Por tal razón se establece dicha relación únicamente para la cantidad de concha y la cantidad

de agua, este último solo para el caso de agua de mar. Para ambos casos se esperaría que a

mayor cantidad se presentara mayor disminución de microorganismos y por consiguiente se

espera una relación directa entre la cantidad y la constante de decaimiento.

25

Se evaluaron todos los tratamientos realizados, para ver en qué casos se cumplía la hipótesis

mencionada anteriormente. De este modo se obtuvo que la relación entre la concentración de

concha y la constante de decaimiento que mejor se ajusta es

𝑌 = 0.1492 ln(𝑥) + 0.3392

Por otro lado, para la cantidad de agua por gramo de estiércol se obtuvo que la relación que

mejor explicaba el comportamiento es

𝑌 = 0.0053𝑥 − 0.2012

Ahora bien, teniendo en cuenta que como se evidenció experimentalmente las mejores

condiciones se dan cuando hay mayor cantidad de concha y mayor cantidad de agua de mar,

es decir 20 g/L y 200 mL respectivamente, se procede a calcular la constante de decaimiento

óptima. De este modo se obtiene un valor de k1=0.786/d y k2 =0.859/d donde k1 corresponde

a la constante de decaimiento asociada a la cantidad de concha y k2 asociada a la cantidad de

agua de mar por gramo de excreta.

Considerando que, como se ha mencionado, no hay relación sinérgica entre estos dos factores

evaluados, se sabe que dependiendo del lugar donde se esté trabajando, solo aplicaría uno de

estos 2. Es decir, para el Chocó y el Amazonas, donde predomina agua lluvia y agua de río

respectivamente, se aplicará solamente el tratamiento de la concha, mientras que para San

Andrés y Providencia y Magdalena, se podría aplicar cualquiera de los dos tratamientos.

Diseño

Así entonces, se procede a realizar el diseño del reactor y las condiciones óptimas para la

realización del proceso de desinfección. Para esto se comienza calculando el tiempo de

retención hidráulica necesario para tener una remoción de 4LOG teniendo en cuenta las

constantes de decaimiento mencionadas anteriormente y el modelo planteado.

𝑡 = −ln(0.1)

𝑘

De este modo, se obtiene que t1=11.72 días y t2=10.72 días. Por consiguiente, se recomienda

realizar el diseño para un tiempo de retención de 12 días independientemente del tratamiento

aplicado.

A partir de lo anterior se procede a calcular el caudal de entrada al reactor, teniendo en cuenta

que en promedio la deposición humana es de 250 g/persona/día (Linares-Lujan, Echeverria-

Perez, & Céspedes-Aguilar, 2017). Adicionalmente se conoce que el volumen de orina

producida per cápita es entre 0.8 a 1.5 L/persona/día (Richert, Gensch, Jönsson, Stenström,

& Dagerskog, 2011). De este modo utilizando la densidad de las heces humanas 1.06 g/mL

(Penn, Ward, Strande, & Maurer, 2018) se calcula el caudal de entrada al reactor.

Adicionalmente, para este caso, se realiza el diseño para 20 personas, sin embargo esto está

sujeto a la ubicación de las viviendas palafíticas, pues como se evidencia en la Figura 2 y

26

Figura 3, no en todos los casos se presentan las mismas distancias y distribuciones entre las

viviendas.

𝑄 = ((250 𝑔

𝑑í𝑎 ∗ 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎) (

𝑚𝐿

1.06 𝑔) +

1500 𝑚𝐿

𝑑í𝑎 ∗ 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎) ∗ 20 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 = 34.72

𝐿

𝑑í𝑎

Ahora bien, conociendo el caudal de agua residual que va a entrar a cada uno de los reactores,

es necesario contar con un sistema de bombeo que transporte dio caudal desde la vivienda

palafítica hasta el lugar del reactor. Para esto, se recomienda utilizar un sistema de bombeo

alimentado con energía solar, debido a que se ha demostrado la utilidad de este tipo de

bombeo en sistemas aislados como lo sería este caso (Alonso, s.f.).

Por otro lado, es importante tener en cuenta la adición del tratamiento que se vaya a utilizar.

Por tal razón, si se considera utilizar el tratamiento 1 (adición de concha calcinada), la

cantidad necesaria teniendo en cuenta las condiciones óptimas encontradas sería:

20𝑔

𝐿(

34.72 𝐿

𝑑í𝑎) = 694.34

𝑔

𝑑í𝑎

Por otro lado, si se realiza el tratamiento 2 (adición de agua de mar) se necesitaría la siguiente

cantidad de agua de mar:

200𝑚𝐿

𝑔 (

250𝑔

𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎 ∗ 𝑑í𝑎) ∗ 20 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 = 1000

𝐿 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑟

𝑑í𝑎

A partir de esto se procede a calcular el volumen teniendo en cuenta la relación existente

entre el volumen, el caudal y el tiempo de retención hidráulico.

𝑉1 = 12 𝑑í𝑎𝑠 (34.72 𝐿

𝑑í𝑎𝑠) = 416.6 𝐿

Utilizando un factor de seguridad, se recomienda diseñar un reactor de 500 litros.

Es importante tener en cuenta que si se realiza el tratamiento 2 el volumen del reactor debe

ser mayor teniendo en cuenta las condiciones de agua necesarias. Por tal razón se procede a

calcular dicho volumen

𝑉2 = 12 𝑑í𝑎𝑠 (34.72 𝐿

𝑑í𝑎𝑠+

1000 𝐿 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑟

𝑑í𝑎) = 12.42 𝑚3

Teniendo en cuenta el factor de seguridad se recomendaría utilizar un volumen de 13 m3

Es importante tener en cuenta la magnitud del tamaño requerido para obtener un tratamiento

óptimo mediante el uso de agua de mar. Al ser un tamaño tan grande, podría considerarse

inviable en cuanto a disposición del espacio. Por tal razón, se considera necesario evaluar en

cada uno de los puntos el espacio disponible para la ubicación de estos reactores.

27

El reactor ideal para este proceso es el reactor semi–batch el cual presenta flujo semi continuo

y permite tener una mezcla perfecta (Schmidt, 1998), lo cual permite garantizar la

inactivación microbiológica que se propone. Para garantizar que se dé una mezcla perfecta,

se recomienda utilizar la misma energía planteada para las bombas de transporte del agua

residual, es decir utilizar paneles solares con el fin de garantizar el movimiento de aspas

dentro del reactor y de igual forma la desinfección.

Finalmente, como disposición final, teniendo en cuenta que el sistema está garantizando una

remoción de 4LOG, se considera que después de ser tratada, el agua efluente puede ser

vertida directamente al cuerpo de agua, utilizando un sistema tipo emisario submarino.

Conclusiones y recomendaciones Se plantearon dos alternativas de tratamiento con el fin de lograr una inactivación

microbiológica del agua residual de las viviendas palafíticas de Colombia. Lo anterior

teniendo en cuenta insumos exclusivos de la zona con el fin de brindar facilidad a la población

y lograr una solución que no requiera mucho manejo técnico y adicionalmente sea

económicamente viable. En primer lugar se planteó la inactivación por medio de

estabilización alcalina utilizando concha de mar calcinada para aumentar el pH del medio.

Por otro lado se utilizó agua de mar con el fin de lograr una inactivación por salinidad. Se

realizaron experimentos teniendo en cuenta 18 tratamientos diferentes, donde se realizaron

todas las combinaciones en cuanto a tipo de agua, cantidad de agua por gramo de estiércol y

cantidad de concha.

A partir de los experimentos realizados se encontró que aunque los dos tratamientos son

efectivos para la inactivación microbiana, juntos no representan una interacción sinérgica.

Esto debido a que se encontró que el agua de mar tiene un efecto buffer, lo que impide que

al agregar cualquier concentración de concha calcinada, se aumente y mantenga el pH. Es

por esto que realizar ambos tratamientos conjuntamente sería ineficiente y un desperdicio de

recursos. Teniendo en cuenta esto se realizó una evaluación de alcalinidad utilizando también

agua de río y agua lluvia donde se evidenció que en estos casos no existía efecto buffer y de

este modo, se podrían realizar los tratamientos en el Amazonas y Pacífico donde predominan

estas fuentes hídricas respectivamente.

Por otro lado, se pudo observar que al realizar todos los tratamientos con combinaciones no

se pudo establecer una relación específica entre el tipo de agua y el decaimiento bacteriano.

Lo anterior debido a que al no haber sinergia entre las dos alternativas, utilizando tanto agua

desionizada como agua de mar, se lograba ver inactivación pues en la desionizada se

presentaba estabilización alcalina, mientras que en la de mar a pesar que la concha no tuviera

ningún efecto, la salinidad estaba actuando como inactivador bacteriano.

En cuanto a las concentraciones y cantidades, se pudo evidenciar una relación directa entre

la cantidad de concha y la inactivación microbiana. Por tal razón se plantea que las

condiciones óptimas para lograr el objetivo es de 20 g de concha /L de solución. Con respecto

a la cantidad de agua se obtuvo que esta no tienen ningún efecto al realizarse con cualquier

otro tipo de agua que no sea de mar, debido que para este caso el factor determinante sería la

28

cantidad de sal. Por esta razón para el agua de mar se encontró que a mayor cantidad de agua

por gramo de excreta se daba una mayor inactivación, obteniendo que las mejores

condiciones de operatividad son utilizar 200 mL de agua de mar por gramo de excreta

humana.

Utilizando estos resultados fue posible realizar un modelo de decaimiento microbiano donde

se establecieron las constantes de decaimiento relacionadas a cada uno de los tratamientos.

Se determinó una relación matemática que permita explicar la relación existente entre dicha

constante de decaimiento y las variables del tratamiento evaluado. A partir de esto se pudo

establecer un comportamiento logarítmico que relaciona la cantidad de concha utilizada con

la constante de decaimiento asociada; de igual forma un comportamiento lineal que relaciona

la constante de decaimiento bacteriano y la cantidad de agua de mar utilizada.

Finalmente, a partir de lo anterior, se determinó el tiempo de retención hidráulico necesario

para obtener una inactivación de 4LOG de los microorganismos, obteniendo que con 12 días

de tratamiento se puede dar. De igual forma se realizó el dimensionamiento del tanque de

tratamiento teniendo en cuenta los caudales de entrada de agua residual y tratamientos.

Teniendo en cuenta lo anterior se plantean las siguientes recomendaciones

Realizar previamente un análisis de riesgo asociado al contacto con aguas residuales

en estas zonas que permita dar peso sobre este tipo de investigaciones que buscan

disminuir dicho riesgo

Repetir los ensayos con el fin de evaluar la veracidad y replicabilidad del proyecto

Realizar las alternativas de tratamientos de manera independiente con el fin de

determinar efectivamente las relaciones existentes entre el tipo de agua y la

inactivación microbiana

Obtener o realizar todos los mapas de ubicación de las viviendas palafíticas en el país

que permitan realizar un diseño adecuado conforme a su ubicación y distancia entre

las mismas y permite evidenciar la disponibilidad del espacio para ubicar los

reactores.

29

Bibliografía Acevedo, L (2019) Respuesta solicitud de información Censo 2018. DANE Respuesta a PQRS No.

20192300141621

Aguas de Cartagena. (2012). Emisario Submarino: ¿Qué es y cómo funciona? Cartagena: Alcaldía

mayor de Cartagena de Indias.

Alonso, M. (s.f.). Sistema de volveo fotovoltáico. Escuela de Organización Industrial.

Amador-Díaz, A., Veliz-Lorenzo, E., & Bataller-Venta, M. (2015). Tratamiento de lodos,

generalidades y aplicaciones. Revista CENIC Ciencias Químicas, 46, 1-10.

Becton Dickinson . (2013). BD EMB Agar (Eosin Methylene Blue Agar) modified. Heidelberg:

Becton Dickinson GmbH.

Bina, B., Movahedian, H., & Kord, I. (2004). The effect of lime stabilization on the microbiological

quality of sewage sludge. Iranian Journal Environmental Health Science Engineering, 1(1),

34-38.

Brenes, O., Brenes, P., & Solano, C. (2002). Diseño del proceso constructivo del Proyecto Emisario

Submarino de la Ciudad de Limón. Intituto teconógico de Costa Rica.

Cantillo, L., & Bustamante, D. (2018). Viviendas flotantes municipio Rio Sucio - Choco. Institución

Universitaria Colegio Mayor de Antioquia.

Cieza, P. (2005). Crónica del Perú, un señorío de los Incas. Caracas: Fundación Biblioteca

Ayacucho.

Condalab. (2019). Agar Nutritivo Estándar I. Condalab.

Contraloría General de la República Colombia. (2014). Capítulo V. Análisis de los Emisarios

Submarinos como sistemas de disposición de aguas residuales en Colombia. En C. G.

Colombia, Informe del Estado de los Recursos Naturales y del Ambiente (págs. 410-452).

Bogotá: Imprenta Nacional de Colombia.

Cortés-Lorenzo, C., Rodríguez-Díaz, M., López-Lopez, C., Sánchez-Peinado, M., Rodelas, B., &

González-López, J. (2012). Effect of salinity on enzymatic activities in a submerged fixed

bed biofilm reactor for municipal sewage treatment. Bioresource Technology, 312-319.

Davis, C., Long, J., Donald, M., & Ashobolt, N. (1995). Survival of faecal microorganisms in

marine and freshwater sediments. Applied and Environmental Microbiology.

DNP. (2016). Lineamientos para la construcción de Vivienda Palafítica. Bogotá: Departamento

Nacional de Planeación Subdirección Territorial y de Inversiones Públicas.

Ehrlich, M (2019) Palafitos en la Amazonia Instituto SINCHI. Respuesta a PQRS sobre palafitos en

la Amazonía.

EPA. (2000). Biosolids Technology Fact Sheet. Alkaline Stabilization of biosolids. Washington:

United States Environmental Protection Agency.

Espigares, M., & Perez, J. (s.f.). Aguas residuales. Composición. Salamanca: Universidad de

Salamanca.

30

Fortt, A. (2007). Emisarios Submarinos: El mar no es un retrete. Chile: OCEANA.

Garcia, F. (2013). Modelación de los efectos del emisario submarino de Santa Marta sobre la

calidad del Agua. Medellín: Universidad de Antioquia.

Gonzalez, M., & Sainz, J. (2013). HABITAT DE BORDEMAR Gestación, evolución y perspectivas

turísticas del patrimonio popular palafítico en el Archipielago de Chiloé. Valladolid,

España: Universidad de Valladolid.

He, H., Chen, Y., Li, X., Cheng, Y., Yang, C., & Zeng, G. (2017). Influence of salinity on

microorganisms in activate sludge processes: A review. International Biodeterioration &

Biodegradation, 520-527.

Hong, J., Li, W., Lin, B., Zhan, M., Liu, C., & Chen, B. (2013). Deciphering the effect of salinity

on the performance of submerged membrane bioreactor for aquaculture of bacterial

community. Desalination, 23-30.

Jay, A.L. (2020) Respuesta a su oficio 8700 del 17-03-2020. Gobernación de Magdalena. Respuesta

a oficio 8700 del radicado 2348

Jimenez, B., Barrios, J. A., & Maya, C. (2000). Estabilización alcalina de lodos generados en un

tratamiento primario avanzado. México D.F.: Instituto de Ingeniería UNAM.

Kennelly, P., & Rodwell, V. (2016). Capítulo 7. Enzimas: mecanismo de acción. En V. Rodwell, D.

Bender, K. Botham, P. Kennelly, & P. Weil, Harper Bioquímica Ilustrada (págs. 60-72).

México D.F.: Mc GrawHill Interamericana Editores S.A.

Limón, J. (2013). Los lodos de las plantas de tratamiento de aguas residuales ¿Problema o

recurso? Guadalajara: Academia de Ingeniería México.

Linares-Lujan, G., Echeverria-Perez, C., & Céspedes-Aguilar, T. (2017). Potencial energético de la

zona rural del Departamento de La Libertad (Perú) producido por biogas obtenido de

excretas humanas. Tecnología en Marcha, 30, 108-117. doi:10.18845/tm.v30i4.3415

Ludwing, R. (1988). Evaluación del impacto ambiental, ubicación y diseño de emisarios

submarinos. Lima: CEPIS.

Maldonado, C. (2014). Vertimiento de aguas residuales a través de emisarios submarinos. Ejemplo

de aplicación: emisario submarino de Cartagena. Bogotá: Escuela Colombiana de

Ingeniería Julio Garavito.

Martinez, R.A (2020) e-2020-004070 respuesta a su petición r-2020-008697. Gobernación del

Magdalena. Respuesta a petición No. 2020-008697

Morant, M., Villota, M., & Viñals, M. (2015). Análisis y evaluación de los palafitos como

oportunidad para la creación de un producto turístico cultural: El caso de estudio de la

provincia de Manabí (Ecuador). AECIT.

Niño, L., & Peña, M. (2015). Alternativa conceptual de disposición final de aguas residuales en la

Isla de San Andrés. Bogotá: Universidad Piloto de Colombia.

Nordin, N., Hamzah, Z., Hashim, O., Hafiz, K., & Abdullah, R. (2015). Effect of temperature in

calcination process of seashells. The Malasyian Journal of Analytical Sciences, 65-70.

31

Osorio, C. (2016). La vivienda palafítica del Pacífico: Expresión y persistencia. Bogotá: Banco de

la República .

Penn, R., Ward, B., Strande, L., & Maurer, M. (2018). Review of synthetic human faeces and faecal

sludge for sanitation and wastewater research. Water Research, 132, 222-240.

Ramos-Ortega, M., Vidal, L., Vilardy, S., & Saavedra-Díaz, L. (2008). Análisis de la

contaminación microbiológica (coliformes totales y fecales) en la bahía de Santa Marta,

Caribe Colombiano. Santa Marta: Instituto de Investigaciones Tropicales, Universidad del

Magdalena.

Richert, A., Gensch, R., Jönsson, H., Stenström, T., & Dagerskog, L. (2011). Guía práctica de Uso

de la Orina en la Producción Agrículo. Stockholm: Stockholm Environment Institute.

Rozen, Y., & Belkin, S. (2001). Survival of enteric bacterial in seawater. Jerusalem: Hebrew

University of Jerusalem.

Sadava, D., Hills, D., Heller, H., & Berenbaum, M. (2014). Life. The Science of Biology.

Sunderland: Sinauer Associates Inc.

Sagarduy, M., Courtois, S., Del Campo, A., Garmendia, J., & Petrau, A. (2019). Differential decay

and prediction of persistence of Enterococcus spp. and Escherichia coli culturable cells and

molecular markers in freshwater and seawater environments. International Journal of

Hygiene and Environmental Health, 695-704.

Santos, A. (2014). Incorporating a risk assessment procedure into submarine outfall projects and

application to Portuguese case studies. Granada: Editorial de la Universidad de Granada.

Schmidt, L. (1998). The Engineering of Chemical Reactions. New York: Oxford University Press.

Silva-Leal, J., Bedoya-Ríos, D., & Torres-Lozada, P. (2013). Efecto del secado térmico y

tratamiento alcalino en las características microbiologicas y químicas de biosólidos de

plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas. Cali: Universidad del Valle.

Strande, L., Ronteltap, M., & Brdjanovic, D. (2014). Manejo de Lodos. Reino Unido: IWA

Publishing.

Tay, J., & Sánchez, J. (2002). Características de protozooarios y helmintos capaces de causar

diarrea aguda en humanos. Revista de la Facultad de Medicina UNAM, 45(2), 64-70.

Toledo, H., Hernández, C., Rodriguez, C., Bittner, V., Ferreira, L., & Orellana, F. (2005). Estudio

de la contaminación fecal mensual y estacional en la zona costera adyacente al emisario

submarino en la bahía de Puerto Montt. Gayana.

Torres, E., Fussalbo, S., Tellez, D., & Quintero, L. (2008). Sistema de conducción de aguas

servidas y prediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales en la isla de San

Andrés.

Torres, P., Madera, C., & Martinez, G. (2008). Estabilización alcalina de biosólidos compostados

de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas para aprovechamiento agrícola.

Cali: Universidad del Valle.

32

Torres, P., Madera, C., & Silva, J. (2009). Mejoramiento de la calidad microbiológica de biosólidos

generados en plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas. Revista EIA, 6(11), 21-

37.

Vermeulen, L., Hofstra, N., Krowze, C., & Medema, G. (2015). Advancing. Current Opinion in

Environmental Sustainability.

Viceministerio de Agua y Saneamiento Básico. (19 de Diciembre de 2018). Gobierno destinará

recursos para solución de agua potable y saneamiento básico en la Ciénaga Grande de Santa

Marta.

WHO & UNICEF. (2009). Guidelines for Drinking-water quality. Geneva.

WHO. (2019). Agua, saneamiento y salud (ASS). Obtenido de Agua potable salubre y saneamiento

básico en pro de la salud: https://www.who.int/water_sanitation_health/mdg1/es/

33

Anexos

Respuestas solicitud de información

Respuesta Gobernación de San Andrés, Providencia y Santa Catalina

35

Respuesta Gobernación de Magdalena

36

Resultados

E. coli

En agua desionizada



37

En agua de mar

Figura 18 Comportamiento de E. coli (10^1) en 50 mL de agua de mar

Figura 19. Comportamiento de E. coli (10^2) en 50 mL de agua de mar

38



39



40

Aerobios mesófilos

En agua desionizada


Figura 25 Comportamiento de aerobios mesófilos (10^4) en 50 mL de agua desionizada

41



42


En agua de mar

Figura 29. Comportamiento de aerobios mesófilos (10^3) en 50 mL de agua de mar

43



44


Desinfección del agua residual doméstica de las viviendas ...

Documents

Transcript of Desinfección del agua residual doméstica de las viviendas ...