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Articulo de referencia

Reutilización de excrementos humanos

Cosecha de pimientos cultivados con compost elaborado a partir de excrementos humanos en un jardín experimental en Haití. La reutilización de las heces humanas puede ser segura ...

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Cosecha de pimientos cultivados con compost elaborado a partir de excrementos humanos en un jardín experimental en Haití.

La reutilización de las heces humanas puede ser segura o insegura. Los usos beneficiosos de las heces tratadas pueden centrarse en el aprovechamiento de los nutrientes disponibles para las plantas (principalmente nitrógeno, fósforo y potasio) que contienen. También pueden aprovechar la materia orgánica y la energía presentes en las heces. En menor medida, también puede reutilizarse el agua de las heces, aunque esto se conoce mejor como recuperación de agua de aguas residuales municipales . Las aplicaciones previstas para la reutilización del contenido nutritivo pueden incluir: acondicionador de suelos o fertilizante en actividades agrícolas u hortícolas . Otras aplicaciones de reutilización, que se centran más en el contenido de materia orgánica de las heces, incluyen su uso como fuente de combustible o como fuente de energía en forma de biogás .

Existe un gran y creciente número de opciones de tratamiento para que las excretas sean seguras y manejables para la opción de reutilización prevista. [ 1 ] Las opciones incluyen la desviación de la orina y la deshidratación de las heces ( inodoros secos con desviación de orina ), el compostaje ( inodoros de compostaje o procesos de compostaje externos ), tecnologías de tratamiento de lodos de depuradora y una variedad de procesos de tratamiento de lodos fecales . Todos logran diversos grados de eliminación de patógenos y reducción del contenido de agua para facilitar su manejo. Los patógenos de interés son las bacterias entéricas, los virus, los protozoos y los huevos de helmintos en las heces. [ 2 ] Dado que los huevos de helmintos son los patógenos más difíciles de destruir con los procesos de tratamiento, se utilizan comúnmente como organismo indicador en los esquemas de reutilización. Otros riesgos para la salud y aspectos de contaminación ambiental que deben considerarse incluyen la propagación de microcontaminantes , residuos farmacéuticos y nitratos en el medio ambiente que podrían causar contaminación de las aguas subterráneas y, por lo tanto, afectar potencialmente la calidad del agua potable .

Existen varios "fertilizantes derivados de excrementos humanos" que varían en sus propiedades y características fertilizantes, por ejemplo: orina, heces secas, heces compostadas, lodos fecales, aguas residuales , lodos de depuradora .

Los nutrientes y la materia orgánica que contienen las excretas humanas o las aguas residuales domésticas se han utilizado en la agricultura en muchos países durante siglos. Sin embargo, esta práctica a menudo se lleva a cabo de manera no regulada e insegura en los países en desarrollo . Las Directrices de la Organización Mundial de la Salud de 2006 establecieron un marco que describe cómo se puede realizar esta reutilización de forma segura siguiendo un «enfoque de barreras múltiples». [ 3 ] Dichas barreras podrían ser la selección de un cultivo adecuado, los métodos de cultivo, los métodos de aplicación del fertilizante y la capacitación de los agricultores.

Terminología

Las excretas humanas, los lodos fecales y las aguas residuales se denominan a menudo desechos (véase también desechos humanos ). Dentro del concepto de economía circular en el saneamiento, se utiliza un término alternativo: «flujos de recursos». [ 4 ] : 10 Los productos finales de los sistemas de tratamiento de saneamiento pueden denominarse «productos de reutilización» u «otros productos». [ 4 ] : 10 Estos productos de reutilización son fertilizantes generales, acondicionadores de suelo , biomasa , agua o energía.

La reutilización de excrementos humanos se centra en el contenido de nutrientes y materia orgánica de los mismos, a diferencia de la reutilización de aguas residuales , que se centra en el contenido de agua. Un término alternativo es "uso de excrementos humanos" en lugar de " reutilización ", ya que, estrictamente hablando, se trata del primer uso de los excrementos humanos, no de la segunda vez que se utilizan. [ 3 ]

Tecnologías y enfoques

Una planta de tratamiento de aguas residuales en Hampshire, Inglaterra.

Los recursos disponibles en las aguas residuales y los excrementos humanos incluyen agua, nutrientes para las plantas , materia orgánica y energía. Los sistemas de saneamiento diseñados para la recuperación segura y eficaz de estos recursos pueden desempeñar un papel importante en la gestión integral de los recursos de una comunidad .

La recuperación de los recursos contenidos en los excrementos y las aguas residuales (como nutrientes, agua y energía) contribuye al logro del Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 y otros objetivos de desarrollo sostenible . [ 5 ]

Puede ser eficiente combinar aguas residuales y excrementos humanos con otros residuos orgánicos como estiércol y residuos de alimentos y cultivos con fines de recuperación de recursos. [ 6 ]

Opciones de tratamiento

Existe un gran y creciente número de opciones de tratamiento para que las excretas sean seguras y manejables para la opción de reutilización prevista. [ 1 ] Se pueden utilizar diversas tecnologías y prácticas, que abarcan desde un solo hogar rural hasta una ciudad, para capturar recursos potencialmente valiosos y ponerlos a disposición para usos seguros y productivos que apoyen el bienestar humano y una sostenibilidad más amplia . A continuación se enumeran algunas opciones de tratamiento, pero existen muchas más: [ 1 ]

Una guía de la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas proporciona una lista de tecnologías de tratamiento para la recuperación de recursos sanitarios: vermicompostaje y vermifiltración , compostaje con mosca soldado negra [ 7 ] , cultivo de algas , celda de combustible microbiana , nitrificación y destilación de orina, precipitación de estruvita , incineración, carbonización , secado solar, membranas, filtros, deshidratación alcalina de orina, [ 8 ] [ 9 ] sanitización con amoníaco/tratamiento con urea y sanitización con cal. [ 4 ] Otras investigaciones incluyen procesos avanzados de oxidación UV para degradar contaminantes orgánicos presentes en la orina antes de su reutilización [ 10 ] o la deshidratación de la orina mediante ácidos. [ 11 ]

Opciones de reutilización

El uso más común de los excrementos es como fertilizante y acondicionador de suelos en la agricultura. Esto se conoce como un enfoque de "reciclaje" para el saneamiento agrícola y constituye un aspecto fundamental del enfoque de saneamiento ecológico .

Las opciones de reutilización dependen de la forma de los excrementos que se reutilizan: pueden ser excrementos solos o mezclados con algo de agua (lodos fecales) [ 12 ] o mezclados con mucha agua (aguas residuales domésticas o alcantarillado).

Los tipos más comunes de reutilización de excrementos incluyen: [ 6 ]

  • Fertilizantes y agua de riego en la agricultura y la horticultura: por ejemplo, usar agua recuperada y tratada para el riego; usar excrementos compostados (y otros residuos orgánicos) o biosólidos tratados adecuadamente como fertilizante y acondicionador del suelo; usar orina tratada separada en origen como fertilizante .
  • Energía: por ejemplo, mediante la digestión de heces y otros residuos orgánicos para producir biogás ; o mediante la producción de combustibles.
  • Método de tratamiento de aguas residuales basado en la naturaleza que utiliza el ciclo de vida de insectos acuáticos para producir biomasa de insectos rica en nutrientes para su uso como alimento para peces/aves de corral y biodióxido de carbono, amoníaco y metano. [ 13 ]
  • Otras opciones emergentes para la reutilización de excrementos incluyen la producción de piensos proteicos para el ganado utilizando larvas de mosca soldado negra , la recuperación de materia orgánica para su uso como materiales de construcción o en la producción de papel.

La recuperación de recursos a partir de lodos fecales puede adoptar muchas formas, incluyendo su uso como combustible, enmienda del suelo, material de construcción, proteína, forraje animal y agua para riego. [ 12 ]

Los productos que se pueden reutilizar y recuperar de los sistemas de saneamiento incluyen: orina almacenada , orina concentrada, aguas negras desinfectadas , digestato, soluciones nutritivas, orina seca, estruvita, heces secas , humus de fosas , lodos deshidratados, compost, cenizas de lodos, biocarbón , material filtrante enriquecido con nutrientes, algas , macrófitas , larvas de mosca soldado negra, gusanos, agua de riego , acuicultura y biogás. [ 4 ]

Como fertilizante

Comparación de un campo de espinacas con (izquierda) y sin (derecha) compost, experimentos en la granja SOIL en Puerto Príncipe, Haití.
Aplicación de orina en un campo cerca de Bonn, Alemania, mediante una manguera flexible cerca del suelo.
Plantas de albahaca: Las plantas de la derecha no están fertilizadas, mientras que las de la izquierda están fertilizadas con orina, en un suelo pobre en nutrientes.
Aplicación de orina en berenjenas durante un estudio exhaustivo de pruebas de campo sobre la aplicación de orina en la Universidad Xavier, Filipinas.

Comparación con otros fertilizantes

Existe un recurso fertilizante sin explotar en las heces humanas. En África, por ejemplo, las cantidades teóricas de nutrientes que se pueden recuperar de las heces humanas son comparables con el uso actual de todos los fertilizantes en el continente. [ 6 ] : 16 Por lo tanto, la reutilización puede contribuir al aumento de la producción de alimentos y también proporcionar una alternativa a los fertilizantes químicos, que a menudo resultan inaccesibles para los pequeños agricultores. Sin embargo, el valor nutricional de las heces humanas depende en gran medida de la dieta. [ 2 ]

Los fertilizantes minerales se obtienen de la minería y pueden contener metales pesados. Los minerales fosfáticos contienen metales pesados ​​como el cadmio y el uranio, que pueden llegar a la cadena alimentaria a través de los fertilizantes fosfáticos minerales. [ 14 ] Esto no se aplica a los fertilizantes a base de excrementos (a menos que los alimentos humanos estuvieran contaminados por encima de los límites seguros desde el principio), lo cual es una ventaja.

Los elementos fertilizantes de los fertilizantes orgánicos se encuentran mayoritariamente ligados a compuestos carbonáceos reducidos. Si estos ya están parcialmente oxidados, como en el compost, los minerales fertilizantes se adsorben en los productos de degradación ( ácidos húmicos , etc.). Por lo tanto, presentan un efecto de liberación lenta y, por lo general, se lixivian con menor rapidez en comparación con los fertilizantes minerales. [ 15 ] [ 16 ]

Orina

La orina contiene grandes cantidades de nitrógeno (principalmente como urea ), así como cantidades razonables de potasio disuelto . [ 17 ] Las concentraciones de nutrientes en la orina varían con la dieta. [ 18 ] En particular, el contenido de nitrógeno en la orina está relacionado con la cantidad de proteína en la dieta: una dieta alta en proteínas produce altos niveles de urea en la orina. El contenido de nitrógeno en la orina es proporcional a la proteína alimentaria total en la dieta de la persona, y el contenido de fósforo es proporcional a la suma de la proteína alimentaria total y la proteína alimentaria vegetal. [ 19 ] : 5 Las ocho especies iónicas principales de la orina (> 0,1 meq L−1) son los cationes Na , K , NH 4 , Ca , y los aniones , Cl , SO 4 , PO 4 , y HCO 3 . [ 20 ] La orina normalmente contiene el 70% del nitrógeno y más de la mitad del potasio que se encuentra en las aguas residuales, mientras que constituye menos del 1% del volumen total. [ 17 ] La cantidad de orina producida por un adulto es de alrededor de 0,8 a 1,5 L por día. [ 3 ]

La aplicación de orina como fertilizante se ha denominado "cerrar el ciclo de los flujos de nutrientes agrícolas" o saneamiento ecológico o ecosan . El fertilizante de orina se aplica generalmente diluido con agua porque la orina sin diluir puede quemar químicamente las hojas o raíces de algunas plantas, causando daños a las plantas, [ 21 ] particularmente si el contenido de humedad del suelo es bajo. La dilución también ayuda a reducir el desarrollo de olores después de la aplicación. Cuando se diluye con agua (en una proporción de 1:5 para cultivos anuales en contenedores con sustrato fresco cada temporada o una proporción de 1:8 para un uso más general), se puede aplicar directamente al suelo como fertilizante. [ 22 ] [ 23 ] Se ha encontrado que el efecto fertilizante de la orina es comparable al de los fertilizantes nitrogenados comerciales. [ 24 ] [ 25 ] La orina puede contener residuos farmacéuticos ( contaminantes farmacéuticos persistentes en el medio ambiente ). [ 26 ] Las concentraciones de metales pesados ​​como plomo , mercurio y cadmio , que se encuentran comúnmente en los lodos de depuradora, son mucho menores en la orina. [ 27 ]

Los valores de diseño típicos para los nutrientes excretados con la orina son: 4  kg de nitrógeno por persona por año, 0,36  kg de fósforo por persona por año y 1,0  kg de potasio por persona por año. [ 19 ] : 5 Con base en la cantidad de 1,5 L de orina por día (o 550 L por año), los valores de concentración de macronutrientes son los siguientes: 7,3  g/LN; 0,67  g/LP; 1,8  g/L K. [ 19 ] : 5 [ 28 ] : 11 Estos son valores de diseño, pero los valores reales varían con la dieta. [ 17 ] [ a ] ​​El contenido de nutrientes de la orina, cuando se expresa con la convención internacional de fertilizantes de N:P 2 O 5 :K 2 O, es aproximadamente 7:1,5:2,2. [ 28 ] [ b ] Dado que la orina está bastante diluida como fertilizante en comparación con los fertilizantes nitrogenados secos fabricados como el fosfato diamónico , los costos relativos de transporte de la orina son altos ya que se necesita transportar mucha agua. [ 28 ]

Las limitaciones generales para usar la orina como fertilizante dependen principalmente del potencial de acumulación de nitrógeno en exceso (debido a la alta proporción de ese macronutriente), [ 22 ] y sales inorgánicas como el cloruro de sodio , que también forman parte de los desechos excretados por el sistema renal . La sobrefertilización con orina u otros fertilizantes nitrogenados puede resultar en un exceso de amoníaco para que las plantas lo absorban, condiciones ácidas u otra fitotoxicidad . [ 26 ] Los parámetros importantes a considerar al fertilizar con orina incluyen la tolerancia a la salinidad de la planta, la composición del suelo, la adición de otros compuestos fertilizantes y la cantidad de lluvia u otro riego. [ 18 ] En 1995 se informó que las pérdidas gaseosas de nitrógeno de la orina eran relativamente altas y la absorción por la planta menor que con nitrato de amonio marcado . Por el contrario, el fósforo se utilizó a una tasa mayor que el fosfato soluble. [ 20 ] La orina también se puede usar de forma segura como fuente de nitrógeno en compost rico en carbono. [ 23 ]

La orina humana se puede recolectar con sistemas de saneamiento que utilizan urinarios o inodoros de separación de orina . Si la orina se va a separar y recolectar para usarla como fertilizante en la agricultura, esto se puede hacer con sistemas de saneamiento que utilizan urinarios sin agua, inodoros secos de separación de orina (UDDT) o inodoros de descarga de separación de orina . [ 28 ] Durante el almacenamiento, la urea en la orina es rápidamente hidrolizada por la ureasa , creando amoníaco . [ 30 ] Se puede hacer un tratamiento adicional con la orina recolectada para estabilizar el nitrógeno y concentrar el fertilizante. [ 31 ] Una solución de baja tecnología para el olor es agregar ácido cítrico o vinagre al recipiente de recolección de orina, de modo que la ureasa se inactive y cualquier amoníaco que se forme sea menos volátil. [ 29 ] Además de la concentración, se pueden usar procesos químicos simples para extraer sustancias puras: nitrógeno como nitratos (similar a los lechos de nitrato medievales ) y fósforo como estruvita . [ 31 ]

Los riesgos para la salud derivados del uso de la orina como fertilizante generalmente se consideran insignificantes, especialmente cuando se dispersa en el suelo en lugar de en la parte de la planta que se consume. La orina se puede distribuir mediante mangueras perforadas enterradas a unos 10  cm bajo la superficie del suelo entre las plantas cultivadas, minimizando así el riesgo de olores, pérdida de nutrientes por volatilización o transmisión de patógenos . [ 32 ] Existen potencialmente más problemas ambientales (como la eutrofización resultante del vertido de efluentes ricos en nutrientes a ecosistemas acuáticos o marinos) y un mayor consumo de energía cuando la orina se trata como parte de las aguas residuales en plantas de tratamiento de aguas residuales en comparación con cuando se utiliza directamente como fertilizante. [ 33 ] [ 34 ]

En los países en desarrollo, el uso de aguas residuales sin tratar o lodos fecales ha sido común a lo largo de la historia, pero la aplicación de orina pura a los cultivos sigue siendo bastante rara en 2021. Esto a pesar de las numerosas publicaciones que abogan por el uso de la orina como fertilizante desde al menos 2001. [ 24 ] [ 35 ] Desde aproximadamente 2011, la Fundación Bill y Melinda Gates financia investigaciones sobre sistemas de saneamiento que recuperan los nutrientes de la orina. [ 36 ]

Heces

Según los "valores predeterminados suecos propuestos" de 2004, un adulto sueco promedio excreta 0,55  kg de nitrógeno, 0,18  kg de fósforo y 0,36  kg de potasio en heces por año. La masa anual es de 51  kg húmedos y 11  kg secos, por lo que las heces húmedas tendrían un valor de NPK% de 1,1:0,8:0,9. [ 19 ] : 5 [ a ] ​​[ c ]

Heces secas

La reutilización de heces secas de inodoros secos con separación de orina después del tratamiento posterior puede resultar en un aumento de la producción de cultivos a través de los efectos fertilizantes del nitrógeno, fósforo y potasio, y una mejora de la fertilidad del suelo a través del carbono orgánico. [ 37 ]

Heces compostadas

Col cultivada en compost a base de excrementos (izquierda) y sin enmiendas del suelo (derecha), SUELO en Haití

El compost derivado de inodoros de compostaje (donde en algunos casos también se añaden residuos orgánicos de cocina) tiene, en principio, los mismos usos que el compost derivado de otros residuos orgánicos, como lodos de depuradora o residuos orgánicos municipales. Un factor limitante pueden ser las restricciones legales debido a la posibilidad de que queden patógenos en el compost. En cualquier caso, el uso de compost de inodoros de compostaje en el jardín propio se considera seguro y es el método principal de uso. Todas las personas que entren en contacto con el compost deben aplicar medidas higiénicas, como el uso de guantes y botas.

Parte de la orina se incorporará al compost, aunque otra parte se perderá por lixiviación y evaporación. La orina puede contener hasta el 90 % del nitrógeno , hasta el 50 % del fósforo y hasta el 70 % del potasio presentes en las heces humanas. [ 38 ]

Los nutrientes del compost procedente de un inodoro de compostaje tienen una mayor disponibilidad para las plantas que las heces secas de un inodoro seco convencional con separación de orina. Sin embargo, ambos procesos no son mutuamente excluyentes: algunos inodoros de compostaje separan la orina (para evitar la sobresaturación de agua y nitrógeno) y las heces secas también pueden compostarse. [ 39 ]

lodo fecal

El lodo fecal se define como aquel que proviene de tecnologías de saneamiento in situ y que no ha sido transportado a través de una red de alcantarillado. Ejemplos de tecnologías in situ incluyen letrinas de pozo, bloques de baños públicos sin alcantarillado, tanques sépticos e inodoros secos. El lodo fecal puede tratarse mediante diversos métodos para que sea apto para su reutilización en la agricultura. Estos incluyen (generalmente combinados) deshidratación, espesamiento, secado (en lechos de secado de lodos), compostaje , peletización y digestión anaeróbica . [ 40 ]

aguas residuales municipales

El agua regenerada puede reutilizarse para riego, usos industriales, recarga de cursos de agua naturales, masas de agua, acuíferos y otros usos potables y no potables. Sin embargo, estas aplicaciones suelen centrarse en el agua, no en la reutilización de nutrientes y materia orgánica, que es el objetivo de la "reutilización de excrementos".

Cuando las aguas residuales se reutilizan en la agricultura, su contenido de nutrientes (nitrógeno y fósforo) puede ser útil para la aplicación adicional de fertilizantes. [ 41 ] El trabajo del Instituto Internacional de Gestión del Agua y otros ha dado lugar a directrices sobre cómo se puede implementar de forma segura la reutilización de aguas residuales municipales en la agricultura para riego y aplicación de fertilizantes en países de bajos ingresos. [ 42 ] [ 3 ]

lodos de depuradora

El uso de lodos de depuradora tratados (también llamados " biosólidos " después del tratamiento ) como acondicionador de suelos o fertilizante es posible, pero es un tema controvertido en algunos países (como EE. UU. y algunos países de Europa) debido a los contaminantes químicos que puede contener, como metales pesados ​​y contaminantes farmacéuticos persistentes en el medio ambiente.

Northumbrian Water, en el Reino Unido, utiliza dos plantas de biogás para producir lo que la empresa denomina "energía de estiércol": utilizar lodos residuales para generar energía y obtener ingresos. La producción de biogás ha reducido su gasto en electricidad anterior a 1996 , que ascendía a 20 millones de libras esterlinas , en aproximadamente un 20 %. Severn Trent y Wessex Water también cuentan con proyectos similares. [ 43 ]

líquidos de tratamiento de lodos

Los líquidos de tratamiento de lodos (tras la digestión anaeróbica) pueden utilizarse como materia prima para un proceso de recuperación de fósforo en forma de estruvita para su uso como fertilizante. Por ejemplo, la empresa canadiense Ostara Nutrient Recovery Technologies comercializa un proceso basado en la precipitación química controlada de fósforo en un reactor de lecho fluidizado que recupera estruvita en forma de gránulos cristalinos a partir de los lodos deshidratados. El producto cristalino resultante se vende a los sectores agrícola , de césped y de plantas ornamentales como fertilizante bajo la marca registrada "Crystal Green". [ 44 ]

Pico de fósforo

En el caso del fósforo en particular, la reutilización de excrementos es un método conocido para recuperarlo y mitigar la posible escasez (también conocida como " pico de fósforo ") de fósforo extraído económicamente. El fósforo extraído es un recurso limitado que se consume en la producción de fertilizantes, y su escasez pondría en peligro la seguridad alimentaria mundial . Por lo tanto, el fósforo proveniente de fertilizantes a base de excrementos es una alternativa interesante a los fertilizantes que contienen mineral de fosfato extraído. [ 45 ]

Aspectos sanitarios y medioambientales del uso agrícola

Patógenos

Concepto de barreras múltiples para un uso seguro en la agricultura.

En Suecia se han realizado investigaciones sobre cómo hacer segura la reutilización de orina y heces en la agricultura desde la década de 1990. [ 18 ] En 2006, la Organización Mundial de la Salud (OMS) proporcionó directrices sobre la reutilización segura de aguas residuales, excrementos y aguas grises. [ 3 ] El concepto de barreras múltiples para la reutilización, que es la piedra angular de esta publicación, ha llevado a una comprensión clara de cómo se puede realizar la reutilización de excrementos de forma segura. El concepto también se utiliza en el suministro de agua y la producción de alimentos, y generalmente se entiende como una serie de pasos de tratamiento y otras precauciones de seguridad para prevenir la propagación de patógenos.

El grado de tratamiento requerido para los fertilizantes a base de excrementos antes de que puedan utilizarse de forma segura en la agricultura depende de varios factores. Depende principalmente de las barreras adicionales que se implementen, según el concepto de barreras múltiples. Dichas barreras podrían incluir la selección de un cultivo adecuado, métodos de cultivo, métodos de aplicación de fertilizantes, capacitación de los agricultores, etc. [ 46 ]

Por ejemplo, en el caso de inodoros secos con separación de orina, el tratamiento secundario de las heces secas puede realizarse a nivel comunitario en lugar de a nivel doméstico y puede incluir compostaje termofílico donde el material fecal se composta a más de 50  °C, almacenamiento prolongado con una duración de 1,5 a dos años, tratamiento químico con amoníaco de la orina para inactivar los patógenos, saneamiento solar para un secado adicional o tratamiento térmico para eliminar los patógenos. [ 47 ] [ 37 ]

Los jardineros de Fada N'Gourma, en Burkina Faso, aplican excrementos secos después de mezclarlos con otros fertilizantes orgánicos (estiércol de burro, estiércol de vaca) y tierra fértil pura, y tras dejarlos madurar durante otros 2 a 4 meses.

La exposición de los trabajadores agrícolas a excrementos sin tratar constituye un riesgo significativo para la salud debido a su contenido de patógenos . Las heces pueden contener una gran cantidad de bacterias entéricas, virus, protozoos y huevos de helmintos . [ 2 ] Este riesgo también se extiende a los consumidores de cultivos fertilizados con excrementos sin tratar. Por lo tanto, los excrementos deben ser tratados adecuadamente antes de su reutilización, y es necesario gestionar los aspectos sanitarios en todas las aplicaciones de reutilización, ya que los excrementos pueden contener patógenos incluso después del tratamiento.

Tratamiento de las excretas para la eliminación de patógenos

La temperatura es un parámetro de tratamiento con una relación establecida con la inactivación de patógenos en todos los grupos de patógenos: temperaturas superiores a 50 °C (122 °F) pueden inactivar la mayoría de los patógenos. [ 4 ] : 101 Por lo tanto, la desinfección térmica se utiliza en varias tecnologías, como el compostaje termofílico y la digestión anaeróbica termófila, y potencialmente en el secado al sol. Las condiciones alcalinas (valor de pH superior a 10) también pueden desactivar los patógenos. Esto se puede lograr con desinfección con amoníaco o tratamiento con cal. [ 4 ] : 101  

El tratamiento de excrementos y aguas residuales para la eliminación de patógenos puede llevarse a cabo:

organismos indicadores

Como organismos indicadores en los esquemas de reutilización, los huevos de helmintos se utilizan comúnmente porque se encuentran entre los más difíciles de destruir en la mayoría de los procesos de tratamiento. Se recomienda el enfoque de barreras múltiples, donde, por ejemplo, se pueden aceptar niveles de tratamiento más bajos cuando se combinan con otras barreras posteriores al tratamiento a lo largo de la cadena de saneamiento. [ 3 ]

Residuos farmacéuticos

Las excretas humanas contienen hormonas y residuos de fármacos , que en teoría podrían ingresar a la cadena alimentaria a través de cultivos fertilizados, pero que actualmente no se eliminan por completo en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales y pueden llegar a las fuentes de agua potable a través de las aguas residuales domésticas (aguas negras). [ 28 ] De hecho, los residuos farmacéuticos en las excretas se degradan mejor en sistemas terrestres (suelo) que en sistemas acuáticos. [ 28 ]

Contaminación por nitratos

Solo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte en materia vegetal. El resto se acumula en el suelo o se pierde por escorrentía. [ 48 ] Esto también se aplica a los fertilizantes a base de excrementos, ya que también contienen nitrógeno. El exceso de nitrógeno, que las plantas no absorben, se transforma en nitrato, que se lixivia fácilmente. [ 49 ] Las altas tasas de aplicación combinadas con la alta solubilidad en agua del nitrato conducen a un aumento de la escorrentía hacia las aguas superficiales , así como a la lixiviación hacia las aguas subterráneas . [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] Los niveles de nitrato superiores a 10  mg/L (10 ppm) en las aguas subterráneas pueden causar el " síndrome del bebé azul " ( metahemoglobinemia adquirida ). [ 53 ] Los nutrientes, especialmente los nitratos, en los fertilizantes pueden causar problemas para los ecosistemas y para la salud humana si se lavan hacia las aguas superficiales o se lixivian a través del suelo hacia las aguas subterráneas.

Otros usos

Además de su uso en la agricultura, existen otros posibles usos de los excrementos. Por ejemplo, en el caso de los lodos fecales, estos pueden ser tratados y luego servir como proteína ( proceso de mosca soldado negra ), forraje , alimento para peces, materiales de construcción y biocombustibles (biogás de digestión anaeróbica, incineración o co-combustión de lodos secos, pirólisis de lodos fecales y biodiésel a partir de lodos fecales). [ 40 ] [ 6 ]

Combustible

Combustible sólido, calor, electricidad

Las investigaciones a escala piloto realizadas en Uganda y Senegal han demostrado que es viable utilizar heces secas para la combustión en la industria, siempre que se hayan secado hasta un mínimo del 28 % de sólidos secos. [ 54 ]

Los lodos residuales secos pueden quemarse en plantas de incineración de lodos y generar calor y electricidad (el proceso de conversión de residuos en energía es un ejemplo de ello).

Se ha constatado que la recuperación de recursos a partir de lodos fecales como combustible sólido tiene un alto potencial de mercado en el África subsahariana . [ 12 ]

Combustible de hidrógeno

También se ha investigado la orina como una fuente potencial de combustible de hidrógeno . [ 55 ] [ 56 ] Se encontró que la orina era un agua residual adecuada para la producción de hidrógeno a alta velocidad en una celda de electrólisis microbiana (MEC). [ 55 ]

Biogás

Las plantas de biogás a pequeña escala se utilizan en muchos países, incluidos Ghana, [ 57 ] Vietnam [ 58 ] y muchos otros. [ 59 ] Se están planificando sistemas centralizados más grandes que mezclan heces animales y humanas para producir biogás. [ 54 ] El biogás también se produce durante los procesos de tratamiento de lodos de depuradora con digestión anaeróbica. En este caso, se puede utilizar para calentar los digestores y para generar electricidad. [ 60 ]

El biogás es un importante recurso energético derivado de la conversión de residuos, que desempeña un papel fundamental en la reducción de la contaminación ambiental y, sobre todo, en la disminución del efecto invernadero causado por los residuos. La utilización de materia prima como los desechos humanos para la generación de biogás se considera beneficiosa porque no requiere iniciadores adicionales, como semillas de microorganismos para la producción de metano, y el suministro de microorganismos se produce de forma continua durante la alimentación de la materia prima. [ 61 ]

Fuente de alimento para el ganado

Las letrinas/comederos combinados se han utilizado en varios países desde la antigüedad. [ 62 ] Generalmente se están eliminando gradualmente.

Fuente de alimento para producir proteínas para la alimentación animal.

Se están desarrollando instalaciones piloto para alimentar larvas de mosca soldado negra con heces. Las moscas adultas servirían como fuente de proteínas para la producción de alimento para pollos en Sudáfrica. [ 54 ]

El procesamiento de biorresiduos de la mosca soldado negra (BSF) es una tecnología de tratamiento relativamente nueva que ha recibido una atención creciente en las últimas décadas. Las larvas cultivadas en biorresiduos pueden ser una materia prima necesaria para la producción de alimento para animales y, por lo tanto, pueden generar ingresos para sistemas de gestión de residuos financieramente viables. Además, cuando se producen a partir de biorresiduos, los alimentos a base de insectos pueden ser más sostenibles que los alimentos convencionales. [ 63 ]

Materiales de construcción

Se sabe que la adición de materia fecal hasta un 20% en peso seco en ladrillos de arcilla no produce una diferencia funcional significativa en los ladrillos. [ 54 ]

Recuperación de metales preciosos

Una planta de tratamiento de aguas residuales japonesa extrae metales preciosos de los lodos residuales. "El alto porcentaje de oro encontrado en la planta de Suwa probablemente se debió a la gran cantidad de fabricantes de equipos de precisión en las cercanías que utilizan [oro]. La planta registró recientemente el hallazgo de 1890 gramos de oro por tonelada de ceniza de lodos incinerados. Este es un contenido de oro mucho mayor que el de la mina Hishikari de Japón, una de las principales minas de oro del mundo, [...] que contiene entre 20 y 40 gramos del metal precioso por tonelada de mineral". [ 64 ] Esta idea también fue probada por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), que descubrió que los lodos residuales generados anualmente por 1 millón de personas contenían metales preciosos por valor de 13 millones de dólares. [ 64 ]

Otros materiales

Mediante pirólisis, la orina se transforma en un material de carbono pre-dopado y altamente poroso denominado "carbono de orina" (URC). El URC es más económico que los catalizadores actuales para pilas de combustible y, a la vez, ofrece un mejor rendimiento. [ 65 ]

Historia

La reutilización de los excrementos como fertilizante para el cultivo de cosechas se practica en muchos países desde hace mucho tiempo.

Sociedad y cultura

Ciencias económicas

Se debate si la reutilización de excrementos es rentable. [ 66 ] Se han introducido los términos "economía del saneamiento" y "recursos de inodoros" para describir el potencial de venta de productos elaborados a partir de heces u orina humanas . [ 66 ] [ 67 ]

Venta de compost

La ONG SOIL en Haití comenzó a construir inodoros secos con separación de orina y a compostar los desechos producidos para uso agrícola en 2006. [ 68 ] Las dos instalaciones de tratamiento de desechos compostados de SOIL transforman actualmente más de 20 000 galones estadounidenses (76 000 litros) de excremento humano en compost orgánico de grado agrícola cada mes. [ 69 ] El compost producido en estas instalaciones se vende a agricultores, organizaciones, empresas e instituciones de todo el país para ayudar a financiar las operaciones de tratamiento de desechos de SOIL. [ 70 ] Los cultivos que se cultivan con este mejorador de suelo incluyen espinacas, pimientos, sorgo, maíz y más. Cada lote de compost producido se analiza para detectar el organismo indicador E. coli para asegurar que se haya producido la eliminación completa del patógeno durante el proceso de compostaje termofílico . [ 71 ]

Políticas

Todavía faltan ejemplos de políticas implementadas donde el aspecto de la reutilización esté plenamente integrado en las políticas y la promoción. [ 72 ] Al considerar los factores que impulsan el cambio de políticas en este sentido, se deben tener en cuenta las siguientes lecciones aprendidas: la revisión de la legislación no necesariamente conduce a sistemas de reutilización que funcionen; es importante describir el "panorama institucional" e involucrar a todos los actores; se deben iniciar procesos paralelos en todos los niveles de gobierno (es decir, a nivel nacional, regional y local); se necesitan estrategias y enfoques específicos para cada país; y es necesario desarrollar estrategias que apoyen las políticas recientemente desarrolladas. [ 72 ]

Consideraciones regulatorias

Regulaciones como las Buenas Prácticas Agrícolas Mundiales pueden obstaculizar la exportación e importación de productos agrícolas que se han cultivado con la aplicación de fertilizantes derivados de excrementos humanos. [ 73 ] [ 74 ]

Uso de la orina en la agricultura ecológica en Europa

La Unión Europea permite el uso de orina separada en origen únicamente en la agricultura convencional dentro de la UE, pero aún no en la agricultura ecológica. Esta es una situación que muchos expertos agrícolas, especialmente en Suecia, desearían que cambiara. [ 27 ] Esta prohibición también podría reducir las opciones para usar la orina como fertilizante en otros países si desean exportar sus productos a la UE. [ 73 ]

Heces secas procedentes de inodoros secos con separación de orina en Estados Unidos.

En Estados Unidos, la normativa de la EPA rige la gestión de los lodos de depuradora , pero no tiene jurisdicción sobre los subproductos de los inodoros secos con separación de orina. La supervisión de estos materiales recae en los estados. [ 75 ] [ 76 ]

Ejemplos de países

Porcelana

El tratamiento y la eliminación de las excretas humanas se pueden clasificar en tres tipos: uso como fertilizante, descarga y uso como biogás. La descarga consiste en la eliminación de las excretas humanas en el suelo, en una fosa séptica o en un cuerpo de agua. [ 77 ] En China, debido a la larga tradición, las excretas humanas se utilizan a menudo como fertilizante para los cultivos. [ 78 ] Los principales métodos de aplicación son el uso directo para cultivos y frutas como aplicación basal o superficial después de la fermentación en una zanja durante un cierto período, el compost con tallos de cultivos para la aplicación basal y el uso directo como alimento para peces en estanques. [ 62 ] Por otro lado, dado que muchas personas dependen de los desechos humanos como fertilizante agrícola, si los desechos no se tratan adecuadamente, el uso de excrementos humanos puede promover la propagación de enfermedades infecciosas. [ 79 ]

India

En la India, la orina se utiliza como abono orgánico. También se emplea para elaborar un biopesticida a base de alcohol: el amoníaco que contiene descompone la lignina, lo que facilita la fermentación de materiales vegetales como la paja en alcohol.

Kenia

En Mukuru, Kenia, los habitantes de los barrios marginales son los más afectados por el problema del saneamiento debido a la alta densidad de población y la falta de infraestructura adecuada. Las letrinas improvisadas, las conexiones ilegales de inodoros a la red de alcantarillado principal y la falta de agua corriente para el funcionamiento de los inodoros con descarga representan una pesadilla sanitaria en todos los barrios marginales de Kenia. La ONG Sanergy busca proporcionar instalaciones sanitarias dignas a los residentes de Mukuru y utiliza las heces y la orina de los inodoros para producir fertilizante y energía para el mercado. [ 80 ]

Uganda

La reutilización de aguas residuales en la agricultura es una práctica común en los países en desarrollo. En un estudio realizado en Kampala , si bien los agricultores no utilizaban lodos fecales, el 8 % de ellos sí los utilizaba como enmienda del suelo. Muchos agricultores aplican compost de estiércol animal y residuos domésticos compostados como acondicionadores del suelo. Por otro lado, los agricultores ya preparan sus propios piensos debido a la escasa confianza en la industria de piensos y en la calidad de los productos. [ 54 ]

La demanda de electricidad supera significativamente la generación de electricidad, y solo una pequeña parte de la población nacional tiene acceso a ella. Los pellets producidos a partir de lodos fecales se utilizan en la gasificación para la producción de electricidad. La conversión de lodos fecales en energía podría contribuir a satisfacer las necesidades energéticas presentes y futuras. [ 81 ]

En el distrito de Tororo , en el este de Uganda —una región con graves problemas de degradación de la tierra— , los pequeños agricultores valoraron la fertilización con orina como una práctica de bajo costo y bajo riesgo. Descubrieron que podía contribuir a un aumento significativo de los rendimientos. Si bien es necesario reconocer la importancia de las normas sociales y las percepciones culturales, estas no constituyen barreras absolutas para la adopción de esta práctica. [ 82 ]

Ghana

En Ghana, la única implementación a gran escala son los digestores rurales a pequeña escala, con aproximadamente 200 plantas de biogás que utilizan excrementos humanos y estiércol animal como materia prima. La conexión de baños públicos con digestores de biogás como una forma de mejorar la higiene comunitaria y combatir las enfermedades transmisibles relacionadas con la higiene, como el cólera y la disentería, es también una solución destacada en Ghana. [ 54 ]

Véase también

Notas

  1. 1 2 Una fórmula para el ajuste de los valores de N y P de las excretas en función de las características de la dieta se encuentra en Jönsson 2004. [ 19 ] : 5
  2. ↑ Para conocer la cantidad de otros elementos en la orina, consulte Rose 2015 [ 17 ] y Rich Earth 2021. [ 29 ]
  3. ↑ Para conocer la cantidad de otros elementos en las heces, consulte Rose 2015. [ 17 ]

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