Reutilización de excrementos humanos
Uso seguro y beneficioso de los excrementos humanos, principalmente en la agricultura (después del tratamiento)
Cosecha de pimientos cultivados con compost elaborado a partir de excrementos humanos en un huerto experimental en Haití

La reutilización de excrementos humanos es el uso seguro y beneficioso de los excrementos humanos tratados después de aplicar los pasos de tratamiento adecuados y los enfoques de gestión de riesgos personalizados para la aplicación de reutilización prevista. Los usos beneficiosos de los excrementos tratados pueden centrarse en el uso de los nutrientes disponibles para las plantas (principalmente nitrógeno, fósforo y potasio) que están contenidos en los excrementos tratados. También pueden hacer uso de la materia orgánica y la energía contenida en los excrementos. En menor medida, también puede tener lugar la reutilización del contenido de agua de los excrementos, aunque esto es más conocido como recuperación de agua de las aguas residuales municipales . Las aplicaciones de reutilización previstas para el contenido de nutrientes pueden incluir: acondicionador de suelos o fertilizantes en actividades agrícolas u hortícolas . Otras aplicaciones de reutilización, que se centran más en el contenido de materia orgánica de los excrementos, incluyen el uso como fuente de combustible o como fuente de energía en forma de biogás .

Existe una gran cantidad de opciones de tratamiento para hacer que los excrementos sean seguros y manejables para la opción de reutilización prevista. [1] Las opciones incluyen la desviación de orina y la deshidratación de heces ( inodoros secos con desviación de orina ), el compostaje ( inodoros de compostaje o procesos de compostaje externo ), tecnologías de tratamiento de lodos de depuradora y una variedad de procesos de tratamiento de lodos fecales . Todos ellos logran diversos grados de eliminación de patógenos y reducción del contenido de agua para facilitar su manejo. Los patógenos de preocupación son las bacterias entéricas, los virus, los protozoos y los huevos de helmintos en las heces. [2] Como los huevos de helmintos son los patógenos más difíciles de destruir con los procesos de tratamiento, se utilizan comúnmente como un 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 los excrementos humanos o las aguas residuales domésticas se han utilizado en la agricultura en muchos países durante siglos. Sin embargo, esta práctica se lleva a cabo a menudo de manera no regulada y peligrosa en los países en desarrollo . Las directrices de la Organización Mundial de la Salud de 2006 han establecido un marco que describe cómo se puede realizar esta reutilización de manera segura siguiendo un "enfoque de barreras múltiples". [3] Dichas barreras pueden ser la selección de un cultivo adecuado, los métodos de cultivo, los métodos de aplicación de fertilizantes y la educación de los agricultores.

Terminología

Los excrementos humanos, los lodos fecales y las aguas residuales suelen denominarse desechos (véase también desechos humanos ). Dentro del concepto de economía circular en saneamiento, un término alternativo que se está utilizando es "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 suelos , biomasa , agua o energía.

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

Tecnologías y enfoques

Una granja de aguas residuales en Hampshire, Inglaterra

Los recursos disponibles en las aguas residuales y los excrementos humanos incluyen agua, nutrientes vegetales , materia orgánica y contenido energético. Los sistemas de saneamiento diseñados para la recuperación segura y eficaz de los recursos pueden desempeñar un papel importante en la gestión general 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 a alcanzar el Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 y otros objetivos de desarrollo sostenible . [5]

Puede resultar eficaz combinar aguas residuales y excrementos humanos con otros residuos orgánicos como estiércol y residuos de alimentos y cultivos con el fin de recuperar recursos. [6]

Opciones de tratamiento

Existe una gran cantidad de opciones de tratamiento que permiten que los excrementos sean seguros y manejables para la opción de reutilización prevista. [1] Se pueden utilizar diversas tecnologías y prácticas, que varían en escala desde un solo hogar rural hasta una ciudad, para capturar recursos potencialmente valiosos y ponerlos a disposición para usos seguros y productivos que respalden el bienestar humano y una sostenibilidad más amplia . A continuación se enumeran algunas opciones de tratamiento, pero hay muchas más: [1]

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

Opciones de reutilización

La reutilización más común de los excrementos es como fertilizante y acondicionador del suelo en la agricultura. Esto también se denomina enfoque de "cerrar el ciclo" para el saneamiento con la agricultura y es un aspecto central del enfoque de saneamiento ecológico .

Las opciones de reutilización dependen de la forma de los excrementos que se están reutilizando: pueden ser excrementos solos o mezclados con algo de agua (lodos fecales) [11] o mezclados con mucha agua (aguas residuales domésticas o aguas residuales).

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

  • Fertilizantes y agua de riego en la agricultura y la horticultura: por ejemplo, utilizando agua recuperada y tratada para riego; utilizando excrementos compostados (y otros desechos orgánicos) o biosólidos tratados adecuadamente como fertilizantes y acondicionadores del suelo; utilizando orina tratada separada en la fuente como fertilizante .
  • Energía: por ejemplo, digerir heces y otros desechos orgánicos para producir biogás ; o producir combustibles.
  • Otros: otras opciones emergentes para reutilizar excrementos incluyen la producción de alimentos proteicos para el ganado utilizando larvas de mosca soldado negra y la recuperación de materia orgánica para su uso como material de construcción o en la producción de papel.

La recuperación de recursos a partir de lodos fecales puede adoptar muchas formas, entre ellas, como combustible, enmienda del suelo, material de construcción, proteína, forraje animal y agua para riego. [11]

Los productos de reutilización que se pueden recuperar de los sistemas de saneamiento incluyen: orina almacenada , orina concentrada, aguas negras desinfectadas , digestato, soluciones nutritivas, orina seca, estruvita, heces secas, humus de pozo , lodos deshidratados, compost, cenizas de lodos, biocarbón , material de filtrado enriquecido con nutrientes, algas , macrófitos , 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 plantas de la izquierda están fertilizadas con orina, en un suelo pobre en nutrientes.
Aplicación de orina en berenjenas durante un estudio de campo integral de pruebas de aplicación de orina en la Universidad Xavier, Filipinas

Comparación con otros fertilizantes

Los excrementos humanos constituyen una fuente de fertilizantes sin explotar. En África, por ejemplo, las cantidades teóricas de nutrientes que se pueden recuperar de los excrementos humanos son comparables con el uso actual de fertilizantes en el continente. [6] : 16  Por lo tanto, la reutilización puede contribuir a aumentar la producción de alimentos y también proporcionar una alternativa a los fertilizantes químicos, que a menudo son inasequibles para los pequeños agricultores. Sin embargo, el valor nutricional de los excrementos humanos depende en gran medida de la ingesta alimentaria. [2]

Los fertilizantes minerales se obtienen a partir de actividades mineras y pueden contener metales pesados. Los minerales de fosfato contienen metales pesados ​​como el cadmio y el uranio, que pueden llegar a la cadena alimentaria a través de fertilizantes de fosfato mineral. [12] Esto no se aplica a los fertilizantes a base de excrementos (a menos que la comida humana haya estado contaminada más allá de los límites seguros desde el principio), lo cual es una ventaja.

Los elementos fertilizantes de los fertilizantes orgánicos se encuentran en su mayoría ligados a compuestos carbonosos 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 menos rápidamente en comparación con los fertilizantes minerales. [13] [14]

Orina

La orina contiene grandes cantidades de nitrógeno (principalmente como urea ), así como cantidades razonables de potasio disuelto . [15] Las concentraciones de nutrientes en la orina varían con la dieta. [16] En particular, el contenido de nitrógeno en la orina está relacionado con la cantidad de proteína en la dieta: una dieta alta en proteínas da como resultado altos niveles de urea en la orina. El contenido de nitrógeno en la orina es proporcional a la proteína total de los alimentos en la dieta de la persona, y el contenido de fósforo es proporcional a la suma de la proteína total de los alimentos y la proteína vegetal de los alimentos. [ 17] : 5  Las ocho especies iónicas principales de la orina (> 0,1 meq L−1) son los cationes Na, K, NH4, Ca y los aniones Cl, SO4 , PO4 y HCO3 . [ 18 ] La orina normalmente contiene el 70 % del nitrógeno y más de la mitad del potasio que se encuentra en las aguas residuales, mientras que representa menos del 1% del volumen total. [15] 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 daño a las plantas, [19] 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 cultivados en contenedores con medio de cultivo fresco cada temporada o una proporción de 1:8 para un uso más general), se puede aplicar directamente al suelo como fertilizante. [20] [21] Se ha descubierto que el efecto fertilizante de la orina es comparable al de los fertilizantes nitrogenados comerciales. [22] [23] La orina puede contener residuos farmacéuticos ( contaminantes farmacéuticos ambientales persistentes ). [24] Las concentraciones de metales pesados ​​como plomo , mercurio y cadmio , que se encuentran comúnmente en los lodos de depuradora, son mucho más bajas en la orina. [25]

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. [17] : 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 de K. [17] : 5  [26] : 11  Estos son valores de diseño pero los valores reales varían con la dieta. [15] [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. [26] [b] Dado que la orina está bastante diluida como fertilizante en comparación con los fertilizantes nitrogenados fabricados en seco como el fosfato diamónico , los costos relativos de transporte de la orina son altos ya que se necesita transportar mucha agua. [26]

Las limitaciones generales para el uso de la orina como fertilizante dependen principalmente del potencial de acumulación de exceso de nitrógeno (debido a la alta proporción de ese macronutriente), [20] y sales inorgánicas como el cloruro de sodio , que también son parte de los desechos excretados por el sistema renal . La fertilización excesiva con orina u otros fertilizantes nitrogenados puede resultar en demasiado amoníaco para que las plantas lo absorban, condiciones ácidas u otra fitotoxicidad . [24] 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. [16] Se informó en 1995 que las pérdidas de nitrógeno gaseoso en la orina fueron relativamente altas y la absorción por las plantas menor que con nitrato de amonio marcado . [ cita requerida ] En contraste, el fósforo se utilizó a una tasa mayor que el fosfato soluble. [18] La orina también se puede utilizar de manera segura como fuente de nitrógeno en compost rico en carbono. [21]

La orina humana se puede recolectar con sistemas de saneamiento que utilizan urinarios o inodoros desviadores 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 desviadores de orina (UDDT) o inodoros con cisterna desviadora de orina . [26] Durante el almacenamiento, la urea en la orina se hidroliza rápidamente por la ureasa , creando amoníaco . [28] Se puede realizar un tratamiento adicional con la orina recolectada para estabilizar el nitrógeno y concentrar el fertilizante. [29] 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. [27] Además de la concentración, se pueden utilizar procesos químicos simples para extraer sustancias puras: nitrógeno como nitratos (similar a los lechos de nitro medievales ) y fósforo como estruvita . [29]

Los riesgos para la salud que supone el uso de la orina como fuente de fertilizantes se consideran generalmente insignificantes, especialmente cuando se dispersa en el suelo en lugar de en la parte de una planta que se consume. La orina se puede distribuir a través de mangueras perforadas enterradas a unos 10 cm por debajo de la superficie del suelo entre las plantas de cultivo, minimizando así el riesgo de olores, pérdida de nutrientes debido a la volatilización o transmisión de patógenos . [30] Hay potencialmente más problemas ambientales (como la eutrofización resultante de la afluencia de efluentes ricos en nutrientes a los 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 un recurso fertilizante. [31] [32]

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 que existen muchas publicaciones que abogan por el uso de la orina como fertilizante desde al menos 2001. [22] [33] Desde aproximadamente 2011, la Fundación Bill y Melinda Gates está proporcionando fondos para la investigación que involucra sistemas de saneamiento que recuperan los nutrientes de la orina. [34]

Heces

Según los "valores suecos por defecto propuestos en 2004", un adulto sueco medio excreta 0,55 kg de nitrógeno, 0,18 kg de fósforo y 0,36 kg de potasio en heces al año. La masa anual es de 51 kg húmedos y 11 kg secos, de modo que las heces húmedas tendrían un valor de NPK% de 1,1:0,8:0,9. [17] : 5  [a] [c]

Heces secas

La reutilización de heces secas de sanitarios secos que desvían la orina después del postratamiento puede resultar en una mayor producción de cultivos a través de los efectos fertilizantes del nitrógeno, fósforo y potasio y una mejor fertilidad del suelo a través del carbono orgánico. [35]

Heces compostadas

Repollo cultivado en compost a base de excrementos (izquierda) y sin enmiendas de suelo (derecha), SOIL en Haití

El compost obtenido de los sanitarios de compostaje (en los que en algunos casos también se añaden residuos orgánicos de cocina al sanitario de compostaje) tiene, en principio, los mismos usos que el compost obtenido a partir de otros productos de desecho orgánicos, como lodos de depuradora o residuos orgánicos municipales. Un factor limitante pueden ser las restricciones legales debido a la posibilidad de que permanezcan patógenos en el compost. En cualquier caso, el uso del compost obtenido de los sanitarios de compostaje en el propio jardín puede considerarse seguro y es el principal método de uso del compost obtenido de los sanitarios de compostaje. Todas las personas que estén expuestas al compost deben aplicar medidas higiénicas para manipularlo, por ejemplo, utilizando guantes y botas.

Parte de la orina formará parte del compost, aunque otra parte se perderá por lixiviación y evaporación. La orina puede contener hasta el 90 por ciento del nitrógeno , hasta el 50 por ciento del fósforo y hasta el 70 por ciento del potasio presentes en los excrementos humanos. [36]

Los nutrientes del compost de un inodoro de compostaje tienen una mayor disponibilidad para las plantas que las heces secas de un inodoro seco con separación de orina típico. Sin embargo, los dos procesos no son mutuamente excluyentes: algunos inodoros de compostaje sí separan la orina (para evitar la sobresaturación de agua y nitrógeno) y las heces secas pueden igualmente ser compostadas. [37]

Lodos fecales

Los lodos fecales se definen como "lodos que proceden de tecnologías de saneamiento in situ y que no han sido transportados a través de un alcantarillado". Entre los ejemplos de tecnologías in situ se incluyen las letrinas de pozo, los bloques de abluciones públicas sin alcantarillado, los tanques sépticos y los sanitarios secos. Los lodos fecales se pueden tratar mediante una variedad de métodos para que sean aptos para su reutilización en la agricultura. Estos incluyen (generalmente realizados en combinación) la deshidratación, el espesamiento, el secado (en lechos de secado de lodos), el compostaje , la peletización y la digestión anaeróbica . [38]

Aguas residuales municipales

El agua recuperada puede reutilizarse para riego, usos industriales, reposición de cursos de agua naturales, masas de agua, acuíferos y otros usos potables y no potables. Estas aplicaciones, sin embargo, se centran generalmente en el aspecto del agua, no en el aspecto de la reutilización de nutrientes y materia orgánica, que es el objetivo de la "reutilización de excretas".

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. [39] El trabajo del Instituto Internacional de Gestión del Agua y otros ha dado lugar a directrices sobre cómo la reutilización de aguas residuales municipales en la agricultura para riego y aplicación de fertilizantes se puede implementar de forma segura en países de bajos ingresos. [40] [3]

Lodos de depuradora

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

Northumbrian Water, en el Reino Unido, utiliza dos plantas de biogás para producir lo que la empresa denomina "energía de excrementos", es decir, utilizar lodos de depuradora para producir energía con la que generar ingresos. La producción de biogás ha reducido su gasto en electricidad de 20 millones de libras antes de 1996 en un 20% aproximadamente. Severn Trent y Wessex Water también tienen proyectos similares. [41]

Líquidos para el tratamiento de lodos

Los líquidos de tratamiento de lodos (después de la digestión anaeróbica) pueden utilizarse como fuente de entrada 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 pellets cristalinos a partir de corrientes de deshidratación de lodos. El producto cristalino resultante se vende a los sectores de la agricultura , el césped y las plantas ornamentales como fertilizante bajo el nombre comercial registrado "Crystal Green". [42]

Pico de fósforo

En el caso del fósforo en particular, la reutilización de excretas es un método conocido para recuperar fósforo y mitigar la inminente escasez (también conocida como " pico de fósforo ") de fósforo extraído de forma económica. El fósforo extraído es un recurso limitado que se está utilizando para la producción de fertilizantes a un ritmo cada vez mayor, lo que amenaza la seguridad alimentaria mundial . Por lo tanto, el fósforo procedente de fertilizantes a base de excretas es una alternativa interesante a los fertilizantes que contienen mineral de fosfato extraído. [43]

Aspectos sanitarios y ambientales del uso agrícola

Patógenos

Concepto de barreras múltiples para un uso seguro en la agricultura

Desde la década de 1990, en Suecia se han llevado a cabo investigaciones sobre cómo lograr que la reutilización de la orina y las heces sea segura en la agricultura. [16] En 2006, la Organización Mundial de la Salud (OMS) proporcionó directrices sobre la reutilización segura de aguas residuales, excretas 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 excretas de manera 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 que deben recibir los fertilizantes a base de excrementos antes de que puedan utilizarse de forma segura en la agricultura depende de varios factores. Depende principalmente de qué otras barreras se establezcan de acuerdo con el concepto de barreras múltiples. Dichas barreras pueden ser la selección de un cultivo adecuado, los métodos de cultivo, los métodos de aplicación del fertilizante, la educación de los agricultores, etc. [44]

Por ejemplo, en el caso de los sanitarios secos con desviación de orina, el tratamiento secundario de las heces secas se puede realizar a nivel comunitario en lugar de a nivel doméstico y puede incluir el compostaje termófilo , en el que el material fecal se composta a más de 50 °C, un almacenamiento prolongado con una duración de 1,5 a dos años, un tratamiento químico con amoníaco de la orina para inactivar los patógenos, un saneamiento solar para un mayor secado o un tratamiento térmico para eliminar los patógenos. [45] [35]

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 después de dejarlos madurar durante otros 2 a 4 meses.

La exposición de los trabajadores agrícolas a excretas no tratadas constituye un riesgo importante para la salud debido a su contenido de patógenos . Puede haber una gran cantidad de bacterias entéricas, virus, protozoos y huevos de helmintos en las heces. [2] Este riesgo también se extiende a los consumidores de cultivos fertilizados con excretas no tratadas. Por lo tanto, las excretas deben tratarse adecuadamente antes de su reutilización y es necesario gestionar los aspectos sanitarios en todas las aplicaciones de reutilización, ya que las excretas pueden contener patógenos incluso después del tratamiento.

Tratamiento de excretas para eliminación de patógenos

La temperatura es un parámetro de tratamiento que tiene una relación establecida con la inactivación de patógenos para todos los grupos de patógenos: las temperaturas superiores a 50 °C (122 °F) tienen el potencial de inactivar la mayoría de los patógenos. [4] : 101  Por lo tanto, la higienización térmica se utiliza en varias tecnologías, como el compostaje termófilo 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 la higienización con amoníaco o el tratamiento con cal. [4] : 101 

El tratamiento de excretas y aguas residuales para la eliminación de patógenos puede realizarse:

Organismos indicadores

Como organismo indicador en los esquemas de reutilización, se utilizan comúnmente huevos de helmintos , ya que estos organismos son los más difíciles de destruir en la mayoría de los procesos de tratamiento. Se recomienda el enfoque de barreras múltiples cuando, por ejemplo, pueden ser aceptables niveles más bajos de tratamiento cuando se combinan con otras barreras posteriores al tratamiento a lo largo de la cadena de saneamiento. [3]

Residuos farmacéuticos

Los excrementos humanos contienen hormonas y residuos de fármacos que, en teoría, podrían entrar en la cadena alimentaria a través de los cultivos fertilizados, pero que, de todos modos, actualmente no se eliminan por completo mediante las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales y pueden ingresar a las fuentes de agua potable a través de las aguas residuales domésticas (alcantarillado). [26] De hecho, los residuos farmacéuticos en los excrementos se degradan mejor en los sistemas terrestres (suelo) que en los sistemas acuáticos. [26]

Contaminación por nitratos

Sólo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte para producir materia vegetal. El resto se acumula en el suelo o se pierde como escorrentía. [46] Esto también se aplica a los fertilizantes a base de excretas, ya que también contienen nitrógeno. El exceso de nitrógeno que no es absorbido por las plantas se transforma en nitrato que se lixivia fácilmente. [47] Las altas tasas de aplicación combinadas con la alta solubilidad en agua del nitrato conducen a un mayor escurrimiento en las aguas superficiales , así como a la lixiviación en las aguas subterráneas . [48] [49] [50] Los niveles de nitrato superiores a 10 mg/L (10 ppm) en las aguas subterráneas pueden causar el " síndrome del bebé azul " ( metahemoglobinemia adquirida ). [51] Los nutrientes, especialmente los nitratos, de los fertilizantes pueden causar problemas para los ecosistemas y para la salud humana si se lavan en 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 usos posibles de los excrementos. Por ejemplo, en el caso de los lodos fecales, se pueden tratar y luego servir como proteína ( proceso de la mosca soldado negra ), forraje , alimento para peces, materiales de construcción y biocombustibles (biogás a partir de la digestión anaeróbica, incineración o co-combustión de lodos secos, pirólisis de lodos fecales y biodiesel a partir de lodos fecales). [38] [6]

Combustible

Combustible sólido, calor, electricidad.

Las investigaciones a escala piloto 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 de 28% de sólidos secos. [52]

Los lodos de depuradora 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).

Se ha descubierto que la recuperación de recursos de lodos fecales como combustible sólido tiene un alto potencial de mercado en el África subsahariana . [11]

Combustible de hidrógeno

La orina también se ha investigado como una fuente potencial de combustible de hidrógeno . [53] [54] Se descubrió que la orina era un agua residual adecuada para la producción de hidrógeno a alta velocidad en una celda de electrólisis microbiana (MEC). [53]

Biogás

En muchos países, entre ellos Ghana, [55] Vietnam [56] y muchos otros, se están utilizando plantas de biogás a pequeña escala . [57] Se están planificando sistemas centralizados más grandes que mezclan heces animales y humanas para producir biogás. [52] El biogás también se produce durante los procesos de tratamiento de lodos de depuradora con digestión anaeróbica. En estos casos, se puede utilizar para calentar los digestores y generar electricidad. [58]

El biogás es un recurso importante para la conversión de residuos en energía, que desempeña un papel enorme en la reducción de la contaminación ambiental y, lo que es más importante, en la reducción de los efectos de los gases de efecto invernadero provocados por los residuos. La utilización de materias primas 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 se produce un suministro de microorganismos de forma continua durante la alimentación de las materias primas. [59]

Fuente de alimento para el ganado

Las letrinas y comederos combinados se han utilizado en varios países desde la antigüedad. [60] En general, se están eliminando gradualmente.

Fuente de alimento para producir proteínas para alimentación animal.

Se están desarrollando instalaciones piloto para alimentar larvas de mosca soldado negra con heces. Las moscas adultas serían entonces una fuente de proteínas que se incluiría en la producción de piensos para pollos en Sudáfrica. [52]

El procesamiento de los desechos biológicos de la mosca soldado negra (BSF) es una tecnología de tratamiento relativamente nueva que ha recibido cada vez más atención en las últimas décadas. Las larvas criadas en desechos biológicos pueden ser una materia prima necesaria para la producción de alimentos para animales y, por lo tanto, pueden generar ingresos para sistemas de gestión de desechos que sean económicamente aplicables. Además, cuando se producen a partir de desechos biológicos, los alimentos a base de insectos pueden ser más sostenibles que los alimentos convencionales. [61]

Materiales de construcción

Se sabe que la adición de materia fecal de hasta un 20% en peso seco a los ladrillos de arcilla no produce una diferencia funcional significativa en los ladrillos. [52]

Recuperación de metales preciosos

Una planta de tratamiento de aguas residuales japonesa extrae metales preciosos de los lodos de depuradora. "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 1.890 gramos de oro por tonelada de ceniza de lodos incinerados. Ese es un contenido de oro mucho mayor que el de la mina Hishikari de Japón, una de las minas de oro más importantes del mundo, [...] que contiene entre 20 y 40 gramos del metal precioso por tonelada de mineral". [62] Esta idea también fue puesta a prueba por el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS), que descubrió que los lodos de depuradora generados anualmente por un millón de personas contenían metales preciosos por valor de 13 millones de dólares. [62]

Otros materiales

Con la pirólisis, la orina se convierte en un material de carbono altamente poroso y pre-dopado, denominado "carbono de orina" (URC, por sus siglas en inglés). El URC es más económico que los catalizadores de celdas de combustible actuales y, al mismo tiempo, tiene un mejor rendimiento. [63]

Historia

La reutilización de excrementos como fertilizante para el cultivo de cultivos se ha practicado en muchos países desde hace mucho tiempo.

Sociedad y cultura

Ciencias económicas

Actualmente se debate si la reutilización de excrementos es rentable. [64] Se han introducido los términos "economía del saneamiento" y "recursos sanitarios" para describir el potencial de venta de productos elaborados a partir de heces o orina humanas . [64] [65]

Venta de compost

En 2006 , la ONG SOIL comenzó a construir letrinas secas que separan la orina y a compostar los desechos producidos para uso agrícola. [66] Las dos instalaciones de tratamiento de desechos de compostaje de SOIL transforman actualmente más de 20.000 galones (75.708 litros) de excrementos humanos en abono orgánico de calidad agrícola cada mes. [67] El abono 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. [68] Los cultivos que se cultivan con este aditivo para el suelo incluyen espinacas, pimientos, sorgo, maíz y más. Cada lote de abono producido se analiza para detectar el organismo indicador E. coli para garantizar que se haya eliminado por completo el patógeno durante el proceso de compostaje termófilo . [69]

Políticas

Aún faltan ejemplos de políticas implementadas en las que el aspecto de la reutilización esté plenamente integrado en las políticas y la promoción. [70] Al considerar los factores que impulsan el cambio de políticas a este respecto, se deben tener en cuenta las siguientes lecciones aprendidas: la revisión de la legislación no conduce necesariamente 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 respalden las políticas recientemente desarrolladas. [70]

Consideraciones regulatorias

Las reglamentaciones como las Buenas Prácticas Agrícolas Mundiales pueden obstaculizar la exportación e importación de productos agrícolas que se hayan cultivado con la aplicación de fertilizantes derivados de excrementos humanos. [71] [72]

Uso de orina en la agricultura ecológica en Europa

La Unión Europea permite el uso de orina separada en origen sólo en la agricultura convencional dentro de la UE, pero todavía no en la agricultura orgánica. Esta es una situación que a muchos expertos agrícolas, especialmente en Suecia, les gustaría que cambiara. [25] Esta prohibición también puede reducir las opciones de usar orina como fertilizante en otros países si desean exportar sus productos a la UE. [71]

Heces secas de sanitarios secos con desvío de orina en EE.UU.

En los Estados Unidos, la normativa de la EPA regula la gestión de los lodos de depuradora , pero no tiene jurisdicción sobre los subproductos de un inodoro seco con desvío de orina. La supervisión de estos materiales recae en los estados. [73] [74]

Ejemplos de países

Porcelana

La eliminación del tratamiento de los excrementos humanos se puede clasificar en tres tipos: uso de fertilizantes, descarga y uso de biogás. La descarga es la eliminación de los excrementos humanos en el suelo, tanque séptico o cuerpo de agua. [75] En China, con el impacto de la larga tradición, los excrementos humanos se utilizan a menudo como fertilizantes para los cultivos. [76] Los principales métodos de aplicación son el uso directo para cultivos y frutas como aplicación basal o superior después de la fermentación en una zanja durante un período determinado, compost con tallos de cultivo para aplicación basal y uso directo como alimento para peces en estanques. [60] Por otro lado, por mucho que muchas personas dependan de los desechos humanos como fertilizante agrícola, si los desechos no se tratan adecuadamente, el uso de estiércol nocturno puede promover la propagación de enfermedades infecciosas. [77]

India

En la India, la orina se utiliza como abono orgánico. También se utiliza para elaborar un biopesticida a base de alcohol: el amoníaco que contiene descompone la lignina, lo que permite que los materiales vegetales, como la paja , se fermenten más fácilmente para convertirse 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 de apoyo. Las letrinas de pozo improvisadas, las conexiones ilegales de los sanitarios a los sistemas de alcantarillado principales y la falta de agua corriente para los inodoros con cisterna representan una pesadilla en materia de saneamiento en todos los barrios marginales de Kenia. La ONG Sanergy trata de proporcionar instalaciones sanitarias decentes a los residentes de Mukuru y utiliza las heces y la orina de los inodoros para proporcionar fertilizantes y energía para el mercado. [78]

Uganda

La reutilización de aguas residuales en la agricultura es una práctica común en el mundo en desarrollo. En un estudio realizado en Kampala , aunque los agricultores no utilizaban lodos fecales, el 8% de ellos los utilizaban como enmienda del suelo. Muchos agricultores utilizan compost de estiércol animal y residuos domésticos compostados como acondicionadores del suelo. Por otra parte, los agricultores ya están mezclando su propio pienso debido a la poca confianza en la industria de piensos y en la calidad de los productos. [79]

La demanda de electricidad es considerablemente mayor que la generación de electricidad y sólo un pequeño margen de la población a nivel nacional tiene acceso a la electricidad. 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. [80]

En el distrito de Tororo , en el este de Uganda (una región con graves problemas de degradación de la tierra ), los pequeños agricultores consideraron que la fertilización con orina era una práctica de bajo costo y bajo riesgo. Descubrieron que podía contribuir a un aumento significativo de los rendimientos. Es necesario reconocer la importancia de las normas sociales y las percepciones culturales, pero éstas no son barreras absolutas para la adopción de la práctica. [81]

Ghana

En Ghana, la única implementación a gran escala son los digestores rurales de pequeña escala, con unas 200 plantas de biogás que utilizan excrementos humanos y excrementos animales como materia prima. La conexión de los sanitarios públicos con digestores de biogás como forma de mejorar la higiene comunitaria y combatir las enfermedades transmisibles relacionadas con la higiene, como el cólera y la disentería, también es una solución notable en Ghana. [79]

Véase también

Notas

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  2. ^ Para conocer la cantidad de otros elementos en la orina, consulte Rose 2015 [15] y Rich Earth 2021. [27]
  3. ^ Para la cantidad de otros elementos en las heces, consulte Rose 2015. [15]

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