Determinación de coliformes totales y fecales en sistemas rurales de descontaminación productiva de aguas servidas

INTRODUCCIÓN

Según IDAAN (2004), el agua es esencial para la vida. Por esta razón debemos insistir en la relación entre el agua y la salud. La disponibilidad y la calidad del agua determinan el grado de salud e higiene de cualquier sociedad. El agua y la salud son dos aliados estratégicos y contribuyen al sostenimiento y a la calidad de la vida. El ser humano no puede vivir más de cuatro días sin agua. Ahí radica la importancia de mantener los niveles de calidad del agua apta para el consumo.

El auge de la industrialización y la explotación agrícola intensiva generan una alta cantidad de aguas residuales. Su contaminación puede ser química, orgánica o microbiológica. Los agentes microbiológicos han causado millares de muertes al ser ingeridos por el ser humano.

De acuerdo con el Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (2001) cerca de un billón de personas en el mundo consumen agua contaminada, y cada año 3,4 millones de estas, principalmente niños, mueren a causa de enfermedades de transmisión hídrica; de estas muertes 2,2 millones son causadas por enfermedades diarreicas. El 90% ocurren en los niños, principalmente en países en vías de desarrollo. La diarrea puede reducirse a un 26% cuando se implementan medidas básicas de higiene y desinfección del agua, por lo que la Organización Mundial de la Salud (OMS) está promoviendo la implementación de soluciones tecnológicas de bajo costo, tales como la cloración del agua, la desinfección del agua por luz solar y cambios de comportamiento en la población.

Entre las principales enfermedades de origen bacteriano tenemos: tifoidea y paratifoidea, causadas por Salmonella typhi, Salmonella paratyphi A y B; disentería, originada por Shigella spp.; el cólera, cuyo agente es el Vibrio cholerae; las gastroenteritis agudas y diarreicas, cuyos agentes son la Escherichia coli enterotóxica, Campylobacter, Yersinia enterocolitica, Salmonella spp. y Shigella spp (IDAAN, 2004).

El presente trabajo está orientado a la determinación de coliformes totales y a la cuantificación de la Escherichia coli. presente en las lagunas del Sistema de Descontaminación Productiva de Aguas Servidas de la Finca Pecuaria Integrada de la Universidad EARTH.

Estas aguas provienen de las aguas residuales de la limpieza diaria de algunos de los pisos de los corrales del ganado vacuno, bufalino y porcino, que luego son introducidas a biodigestores. Una vez que han pasado por este tratamiento, son vertidas a canaletas de sedimentación para captación y uso de lodos sépticos y luego entran en secuencia a las cuatro lagunas de descontaminación, que poseen plantas acuáticas flotantes. Finalmente, estas aguas son vertidas al río que bordea la finca.

OBJETIVOS

General

Evaluar la presencia y cantidad de coliformes totales y de coliformes fecales en las lagunas del Sistema de Descontaminación Productiva de Aguas Servidas de la Finca Pecuaria Integrada de la Universidad EARTH.

Específicos

1. Determinar la eficiencia de descontaminación de las lagunas en cuanto a coliformes.

2. Determinar un uso adecuado de las aguas, de acuerdo con la presencia de coliformes en las mismas.

METODOLOGÍA

Para realizar la determinación de coliformes totales en las aguas de las cuatro lagunas de descontaminación de la Finca Pecuaria Integrada de EARTH, se tomó una muestra de agua del efluente de cada una. Las muestras fueron tomadas en recipientes plásticos desinfectados y esterilizados. Esto con el fin de evitar la presencia de algún patógeno que pudiera afectar los resultados.

Una vez tomadas las cuatro muestras, se procedió a su traslado al laboratorio. Luego se colocaron las muestras en refrigeración, mientras se preparaban los medios para la respectiva inoculación con las aguas residuales.

Para la inoculación se utilizaron tubos de ensayo debidamente cerrados y tubos de fermentación de Durham invertidos. Los primeros fueron lavados y secados, mientras que los últimos fueron lavados y desinfectados con ácido clorhídrico, para eliminar cualquier presencia de patógenos.

Para la determinación de coliformes totales se preparó Caldo Lactosado de doble concentración en volúmenes de 10 ml en 12 tubos de ensayo (tres para cada muestra). El caldo y los tubos de ensayo y Durham fueron esterilizados en autoclave a 121º C durante 20 minutos.

Posterior a esto se sembró una porción de 10 ml de cada muestra en el caldo lactosado de doble concentración. De igual forma se procedió con porciones de 1,0 ml y 0,1 ml; pero con el empleo de Caldo lactosado de simple concentración. Los tubos inoculados fueron incubados a 35oC y fueron observados a las 24 y 48 horas de incubación. Posteriormente se anotaron como positivos aquellos donde se observó presencia de gas en la campana.

Se agitó cada tuvo cuidadosa y vigorosamente y luego se mantuvo en observación durante 20 segundos, para la determinación de la evolución de gas.

Después de la observación de la campana de gas, como indicador de la presencia de coliformes totales, se transfirieron de cada uno de ellos (10 ml, 1,0 ml y 0,1 ml por muestra) con un aplicador de madera estéril, un inóculo al tubo con caldo EC que contenían tubos de Durham invertidos, para la determinación de coliformes fecales (Escherichia coli). Asimismo, se realizaron tres repeticiones para cada dilución (10, 1,0 y 0,1ml) de las muestras. Obteniéndose un total de 36 tubos inoculados en caldo EC, los cuales fueron incubados a 44,5 °C durante 24 horas.

Posterior a esto se observó la presencia de gas en la Campana de Durham, y se procedió a la cuantificación de coliformes fecales, de acuerdo con la TABLA 1 para calcular el Número Más Probable (NMP) por 100 ml (Tabla de 3 tubos). La misma que se muestra en la Técnica de Número Más Probable (NMP) de Coliformes Totales y Fecales en Agua, Hielo y Refrescos, emitido por FRUCTA (2002).

REVISIÓN DE LITERATURA

De acuerdo con IDAAN (2004), los ríos, lagos y mares recogen, desde tiempos inmemoriales, las basuras producidas por la actividad humana. El ciclo natural del agua tiene una gran capacidad de purificación. Pero esta misma facilidad de regeneración del agua, y su aparente abundancia, hacen que sea el vertedero habitual en el que arrojamos los residuos producidos por nuestras actividades: plaguicidas, desechos químicos, metales pesados, residuos radioactivos, entre otros, se encuentran, en cantidades mayores o menores, al analizar las aguas.

Muchas aguas están contaminadas hasta el punto de hacerlas peligrosas para la salud humana, y dañinas para la vida. En este siglo es cuando se ha extendido este problema a ríos y mares de todo el mundo. Primero fueron los ríos, las zonas portuarias de las grandes ciudades y las zonas industriales, las que se convirtieron en zonas cargadas de productos químicos, espumas y toda clase de contaminantes. Las explotaciones agrícolas intensivas generan una alta contaminación de las aguas, puesto que sus efluentes contienen excretas animales; y son vertidos directamente en ríos, lagos, lagunas, etc.; sin ningún tratamiento previo. Entre los contaminantes que producen un efecto severo en el ser humano tenemos las bacterias del grupo coliformes, y entre ellas los denominados coliformes fecales. El agua con presencia de coliformes fecales indica la baja calidad y sanidad de las aguas, demostrando la contaminación con heces fecales. Reduciendo su posibilidad de uso para otras personas. Para lo cual es necesario realizar un tratamiento previo de las aguas, para su posterior vertido en las fuentes de aguas naturales.

Actualmente las regulaciones gubernamentales son estrictas, en cuanto al nivel de contaminantes microbiológicos que debe tener el agua para el consumo humano. Según LENNTECH (1998), el total de coliformes totales por 100 ml de agua debe ser de 0 y coliformes fecales también de 0. Estas restricciones varían de acuerdo con el país, pero la diferencia no es relevante.

De acuerdo con Picone et al. (2003), el límite establecido por el Código Alimentario Argentino, para aguas de consumo humano, es igual o menor de 3 NMP (Número Más Probable) de bacterias coliformes por cada 100 ml de agua.

La contaminación fecal es el principal riesgo sanitario en el agua, ya que supone la incorporación de microorganismos patógenos procedentes de enfermos y portadores, y la transmisión hídrica a la población susceptible. Por ello el control sanitario de riesgos microbiológicos es tan importante, y constituye una medida sanitaria básica para mantener un grado de salud adecuado en la población.

Teniendo en cuenta estos criterios, los indicadores microbiológicos de contaminación fecal clásicos, han sido aquellos microorganismos de la flora saprofita del intestino, que se encuentran muy abundantes y en el mayor número de individuos de la población (Wanadoo, 2004).

Los grupos de microorganismos más habituales en heces humanas son Bacteroides fragilis, coliformes totales y fecales, Escherichia coli y estreptococos fecales. Muchos de estos microorganismos no son exclusivos del intestino humano, sino que forman parte también de la flora intestinal de diversos animales de sangre caliente. Esto es importante, ya que la contaminación fecal causada por animales puede entrañar riesgos sanitarios, por lo que hay que considerar los microorganismos más abundantes y frecuentes en las heces de los animales, sobre todo en los de producción (vaca, búfala, cerdo, oveja, cabra, caballo, conejo, gallina, pato y pavo). En todos ellos encontramos coliformes y estreptococos fecales, aunque su abundancia relativa es mayor en los estreptococos fecales.

Los coliformes fecales son un subgrupo de los coliformes totales, capaz de fermentar la lactosa a 44,5 ºC. Aproximadamente el 95% del grupo de los coliformes presentes en las heces están formados por Escherichia coli y ciertas especies de Klebsiella. Ya que los coliformes fecales se encuentran casi exclusivamente en las heces de los animales de sangre caliente, se considera que reflejan mejor la presencia de contaminación fecal.

Los coliformes fecales se denominan termotolerantes, por su capacidad de soportar temperaturas más elevadas. Esta es la característica que diferencia a coliformes totales y fecales. La capacidad de los coliformes fecales de reproducirse fuera del intestino de los animales homeotérmicos es favorecida por la existencia de condiciones adecuadas de contenidos de materia orgánica, pH, humedad, etc.; (Wanadoo, 2004).

En aguas tratadas, los coliformes totales funcionan como una alerta de que ocurrió contaminación, sin identificar el origen. Indican que hubo fallas en el tratamiento, en la distribución o en las propias fuentes domiciliarias.

Su presencia acciona los mecanismos de control de calidad y de procesamiento dentro de la planta de tratamiento de agua, e intensifica la vigilancia en la red de distribución.

El empleo de la relación CF/EF (Coliformes Fecales/Estreptococos Fecales) puede ser de gran utilidad para la determinación del origen humano o animal de la contaminación. Cuando el cociente CF/EF es mayor de 4 se trataría de una contaminación fecal de origen humano; cuando CF/EF es menor de 0,7 la contaminación es de origen animal; y en el intervalo entre 4 y 0,7 no se puede interpretar el origen de la contaminación, e incluso puede tratarse de una contaminación mixta humana - animal.

Los Streptococcus fecales son bacterias integrantes de la flora normal de los animales homeotérmicos. Actualmente se considera que los estreptococos fecales pertenecen a dos géneros: Enterococcus y Streptococcus. Todos los enterococos presentan alta tolerancia a condiciones ambientales adversas altas o bajas temperaturas, deshidratación, salinidad, luz solar, por lo que se suelen emplear para determinar la contaminación fecal en aguas de baño marítimas, pues son las que mejor soportan esas condiciones de salinidad (Wanadoo, 2004).

Según Botero (2004), entre los sistemas básicos de descontaminación productiva de aguas servidas de los sistemas agropecuarios se incluyen: la construcción de biodigestores, canales de sedimentación y el establecimiento de lagunas de descontaminación con plantas acuáticas flotantes. El biodigestor proporciona hasta el 70% de descontaminación a las aguas residuales, las canaletas de sedimentación aportan un 10% de descontaminación y las lagunas un 10% adicional. Alcanzando con estos entre 80% a 90% de descontaminación de las aguas que luego serán vertidas a los cauces naturales (FIGURA 4).

Estos sistemas reducen considerablemente el vertido de aguas contaminadas en las fuentes naturales de aguas. Además, en el proceso de descontaminación se eliminan, contaminantes químicos, materia orgánica y además microorganismos patógenos. Favoreciendo la calidad y una posible reutilización de estas aguas.

Según FRUCTA (2002), la tabla para calcular el Número Más Probable (NMP) de coliformes totales y fecales por 100 ml (Tabla de 3 tubos); está basada en la siembra de 3 porciones de 10, 1,0 y 0,1 ml de muestra, utilizándose el número de tubos positivos encontrados bajo dicha columna para calcular el NÚMERO MAS PROBABLE (NMP) de microorganismos, por 100 ml de muestra. Si se sospecha que la cantidad de bacterias presentes en la muestra es muy alta, se siembran porciones de 1,0; 0,1 y 0,01 ml, y entonces se multiplica por 10 el resultado de NMP encontrado en la TABLA 1.

Así, si se emplean porciones de 0,1 (10 -1 ) ml, 0,01 (10 -2 ) ml y 0,001(10 -3 ) ml, se debe multiplicar la cifra obtenida de la TABLA 1. por 100, y así sucesivamente, para porciones menores de la muestra. Cuando se siembran más de tres diluciones (o porciones) de la muestra en una serie decimal, solo se usan 3 diluciones para calcular el NMP.

Las mismas que se escogen de la siguiente manera:

Se toma siempre la mayor dilución que presenten todos los tubos positivos (sin que haya una dilución menor en la que exista algún tubo negativo) y las siguientes dos diluciones mayores TABLA 2.

TABLA 1. Diluciones significativas para calcular el NMP por 100 ml.

En la tabla están subrayadas las tres diluciones significativas a escoger.

Aclaraciones para la tabla anterior:

Ejemplo: La lectura (b) es 3 – 2 – 0 y el NMP por 100 ml sería de 9300 (93 x 100) y si fuese (a) 3 – 2 – 0 el NMP por 100 ml sería de 930 (93 X 10).

TABLA 2. Número Más Probable (NMP) para siembras de 3 porciones de cada una de tres diluciones.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

De los análisis que se realizaron a las muestras de agua tomadas por separado de cada una de las cuatro lagunas del Sistema de Descontaminación Productiva de Aguas Servidas de la Finca Pecuaria Integrada de la Universidad EARTH, se observó que todas las muestras inoculadas a diferentes diluciones (10 ml, 1,0 ml y 0,1 ml) en el Caldo Lactosado presentaron gas en la campana de Durham invertida.

Resultando positiva la presencia de coliformes totales en las 3 diluciones de las cuatro muestras (12 tubos de ensayo) (FIGURA 1). También se observó el cambio de coloración del caldo, pasando de un ámbar cristalino a una coloración ámbar medianamente turbia (FIGURA 2).

FIGURA 1. Muestras con Caldo Lactosado a diferentes diluciones con resultado positivo a coliformes totales.

FIGURA 2. Muestra positiva a coliformes totales.

Mientras que en los 36 tubos con caldo EC, para cuantificar coliformes fecales, no se observó la presencia de gas en la campana de Durham invertida, indicado la ausencia de coliformes fecales (Escherichia coli) (FIGURA 3).

FIGURA 3. Muestras con Caldo EC para la cuantificación de coliformes fecales.

Como se pudo determinar, en las lagunas de descontaminación existe la presencia de coliformes totales, pero no existen coliformes fecales, esto se puede deber a la eficiencia de descontaminación del biodigestor. Ya que éste reduce la población de insectos, parásitos y de otros microorganismos. Además, las aguas que llegan a los biodigestores contienen: a) excretas de vacunos y de búfalos, las cuales tienen alta cantidad de microorganismos en el rumen, que controlan la incidencia de agentes patógenos, como son los coliformes fecales; b) excretas de cerdos, donde pudiesen existir coliformes fecales en las heces, pero debido al buen manejo, especialmente en la parte alimenticia de los cerdos, no se encontró presencia de coliformes fecales. Las cerdas reproductoras, lechones lactantes y el berraco permanecen en pastoreo. Los cerdos en levante y engorde permanecen confinados, pero toda la piara es alimentada con los desperdicios del comedor, los cuales son previamente cocidos. Este proceso permite destruir todos los microorganismos patógenos. c) Las aguas de la limpieza de los corrales llegan directamente al Sistema de Descontaminación Productiva de Aguas Servidas, por lo que no hay mayor contaminación adicional (FIGURA 4).

Es necesario tomar en cuenta que la finca posee excelentes instalaciones, con servicios sanitarios cercanos, desinfectante, jabón, etc.; que, si son bien utilizadas, aseguran la higiene de los trabajadores y por lo tanto el manejo y la sanidad de los animales con los cuales interactúan diariamente.

También es necesario tomar en cuenta que la presencia de coliformes totales no significa la presencia de coliformes fecales. Estos últimos representan un parámetro puntual de las regulaciones de la calidad de agua para el consumo humano. Esto porque muchos coliformes que están incluidos en los totales; no causan daño al ser humano. Pero, en lo posible, se espera la nula presencia de cualquier raza.

CONCLUSIONES

1. En las lagunas del Sistema de Descontaminación Productiva de Aguas Servidas de la Finca Pecuaria Integrada de EARTH había presencia de coliformes totales.

2. No existían coliformes fecales en las aguas de las lagunas del sistema de descontaminación.

3. La eficiencia de descontaminación del sistema integrado por los biodigestores, las canaletas de sedimentación y las lagunas de descontaminación, es de entre un 80% a 90% aproximadamente. Esto en lo que se refiere al aspecto de sólidos, grasas y reducción de agentes patógenos.

4. Al no existir la presencia de coliformes fecales, estas lagunas pueden ser usadas para el desarrollo de la acuicultura. Además, las plantas flotantes sembradas en las lagunas pueden ser suministradas como forraje a los animales y humanos, sin existir el riesgo de contaminación con coliformes fecales.

5. Estas aguas están siendo vertidas al río, sin causar un efecto negativo sobre los pobladores que se encuentran en las márgenes inferiores del mismo.

6. Estas aguas pueden bombearse de nuevo, con un ariete, hacia los corrales de vacunos, búfalos y cerdos para lavar los pisos y utilizarlas en los servicios sanitarios o también tratarlas para utilizarlas como agua de bebida para los animales.

RECOMENDACIONES

Se recomienda realizar un nuevo conteo de coliformes totales y fecales y un muestreo periódico de las lagunas. Esto con el fin de anular el posible error existente al analizar una sola muestra.

BOTERO - DETERMINACIÓN DE COLIFORMES TOTALES Y FECALES EN SISTEMAS RURALES DE DESCONTAMINACIÓN PRODUCTIVA DE AGUAS SERVIDAS - Image 1

FUENTE: Raúl Botero Botero, 2004.

Capítulo del libro Manejo y alimentación de vacunos y de búfalos con forrajes tropicales de Raúl Botero Botero MVZ, MSc. Para ver todos los capítulos ingresar al perfil del autor.

Determinación de coliformes totales y fecales en sistemas rurales de descontaminación productiva de aguas servidas

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