DESTRUCCIÓN DE HUEVOS DE HELMINTO Mediante procesos no convencionales
Sandra I. Escobar M., Lina D. Sánchez C., Hugo A. Nájera A., Javier Gutiérrez J., María Neftalí Rojas V. Los helmintos son los gusanos parasitarios causantes de las infecciones más comunes que afectan al ser humano y otros animales. Se encuentran en grandes concentraciones en aguas residuales y lodos (restos de estas aguas) que, a su vez, son utilizados en la agricultura, por los nutrientes que aportan al suelo, tales como nitrógeno y fósforo. Una vía de transmisión de huevos de helminto (HH) es el agua, ya que dichos huevos son liberados en las heces de las personas que han sido infectadas, y así llegan a las aguas residuales,1 convirtiéndose en un problema sanitario, debido a su gran capacidad para sobrevivir por largos periodos, pues son extremadamente resistentes a los tratamientos de desinfección del agua. Tal resistencia está dada por la composición química de las capas de estos huevos, principalmente, formadas por lípidos y proteínas.
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A
nte el embate de los helmintos, diversos tratamientos han sido aplicados, todos enfocados a la eliminación de parásitos. Uno de los más simples es el método de sedimentación, que se lleva a cabo en grandes sedimentadores propios de la instalación de una planta de tratamiento de agua residual, por un método que remueve los HH por gravedad, con eficiencias de 30%; pero, una desventaja es que los huevos quedan sedimentados en los lodos residuales del agua. La digestión anaerobia es otra forma de eliminación de HH, a partir de la cual, el agua residual es tratada biológicamente por microorganismos que convierten la materia orgánica en energía, para obtener una reducción significativa de parásitos; en este proceso, la temperatura debe ascender a 55 oC, con un tiempo de exposición cercano a 28 días. Mientras que el compostaje requiere de ciertas condiciones ambientales controladas que faciliten el incremento de la temperatura (55-60 oC) para la destrucción de parásitos,2 y un periodo de dos meses, para cumplir con la norma mexicana. Los parásitos representan un riesgo para la salud y pueden ocasionar enfermedades intestinales provocadas por helmintos, como Trichuris trichiura y Ascaris lumbricoides (A. lumbricoides); por ello, la persistencia de sus huevos en aguas residuales y la resistencia de éstos a los métodos tradicionales de desinfección del agua es motivo de preocupación, lo que ha conducido a la búsqueda de nuevas alternativas de tratamiento. Algunas de ellas involucran reacciones químicas y radiación ultravioleta; lo que
Tabla 1. Normas que regulan los HH en vertidos de aguas residuales y lodos Norma Descripción NOM-001-SEMARNAT-1996 NOM-004-SEMARNAT-2002 NMX-AA-113-SCFI-2012
Que establece el límite máximo permitido para riego no restringido máximo hasta 1 HH/L, y en riego restringido máximo 5 HH/L. Que clasifica los lodos en: A (menor de 1 HH/g), B (menor de 10 HH/g) y C (menor de 35 HH/g). Establece el método para la cuantificación e identificación de HH en aguas residuales y tratadas, con el fin de evaluar la calidad del agua y la eficiencia de los sistemas de tratamiento de ésta.
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Los huevos de helminto constituyen un elevado riesgo a la salud humana, debido a su persistencia en el agua y a su capacidad para sobrevivir en condiciones adversas
se denomina procesos avanzados de oxidación, cuya aplicación para eliminar HH se ofrece a continuación, en una breve descripción.
Generalidades de los HH
La palabra helminto procede del término griego helmins que significa gusano y, de éstos, los que son parásitos se clasifican en: platelmintos (gusanos planos) y nematelmintos (gusanos redondos). Los HH tienen una longitud que varía entre 18 y 150 μm, y un diámetro que va de 12 a 14 μm, en los gusanos más pequeños, y hasta 90 μm, en los más grandes. Su forma puede ser esférica, ovalada o alargada.3 Las infecciones por helmintos se diagnostican por la presencia de sus huevos o larvas en las heces; los cuales son eliminados por el portador y la vía de entrada al hospedero es oral. Los HH tienen una cubierta lisa que puede variar de grosor, según la especie; con excepción de los huevos de A. lumbricoides, que presentan una cubierta externa mamelonada, la cual es una protuberancia externa, generalmente carnosa, que altera su textura y superficie natural (figura 1). La tasa de sobrevivencia de los helmintos llega a durar varios años,4 por lo que son considerados uno de los grupos más resistentes a cambios en los factores ambientales (pH, temperatura, humedad, etc.), llegando a sobrevivir a los tratamientos convencionales de desinfección de aguas residuales y lodos.4, 5, 6 Otra característica es su alta capacidad de ovoposición; durante el primero y segundo años de vida, una
ficura 1. ciclo de vida de Ascaris lumbricoides
a
B
C
D
4
7 3 6
5
1
2
◂Figura 2. Huevos de helmintos de importancia sanitaria. A) A. lumbricoides; B) T. trichiura; C) E. vermicularis; D) Hymenolepis nana
heces
1. Adultos en el intestino delgado. 2. Huevos fértiles comienzan su desarrollo en función de las condiciones ambientales. 3. Dependiendo de las condiciones ambientales, las larvas pueden estar desarrolladas en dos semanas. 4. Ingestión de los huevos infectantes. 5. Eclosión de la larva. 6. Las larvas alcanzan los pulmones por el torrente sanguíneo. 7. Éstas penetran en los alvéolos, ascienden hasta la garganta, son nuevamente tragadas y llegan al intestino delgado, donde se desarrollan como adultos del nematodo Ascaris lumbricoides.
hembra de A. lumbricoides en estado adulto puede liberar, aproximadamente, 200,000 huevos por día;4 Trichuris, de 3,000 a 20,000 huevos por día, y Taenia solium, 50,000.7 Existe una gran diversidad de HH de importancia sanitaria recuperada de aguas residuales y lodos que afectan a humanos y animales; entre los helmintos
más importantes encontrados en las aguas residuales destacan: A. lumbricoides, Hymenolepis diminuta, Trichuris trichiura, Toxocara canis, Necator americanus, Taenia solium y Enterobius vermicularis (figura 2); en tanto que en los lodos han sido hallados: céstodos (Hymenolepis diminuta, Taenia solium) y nematodos (A. lumbricoides, Trichuris trichiura, Toxocara canis y Necator americanus).7 La infección parasitaria por A. lumbricoides es considerada como la más prevaleciente en el mundo, con alrededor de un billón y medio de personas infectadas.8 En México, esta especie representa el helminto más resistente y frecuente en agua y lodos, pues se encuentra en más de 50% de los preescolares de las áreas suburbanas de la Ciudad de México y en cerca de 100%, en algunos estados del país.6 La ascariasis puede ocasionar dolor abdominal, náuseas, vómito, trastornos en la digestión y diarrea; la migración de sus larvas causa algunos malestares, como fiebre, urticaria y asma. Los casos de ascariasis que requieren cirugía se deben a la localización anormal de los gusanos adultos en órganos, como riñón, vejiga, apéndice, páncreas, corazón e hígado, entre otros.5
HH y la calidad del agua
Existen normas mexicanas que regulan la cantidad de HH en vertidos de aguas residuales y lodos a un cuerpo receptor de agua, en forma continua, las cuales se
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Tabla 2. Contenido de HH en aguas residuales en México y otros países7 Concentración País 6 - 98 México 1 – 8 EUA 166 – 202 Brasil 60 Ucrania 9 Francia 840 Marruecos
Figura 3. Diagrama de flujo del método para cuantificar huevos de helmintos en lodos Se toma una muestra de agua residual o lodo y se deja sedimentar.
Se aspira el exceso de agua y el sedimento se filtra sobre un tamiz, enjuagando con agua potable.
La eliminación de huevos de helminto por procesos avanzados de oxidación representa un nuevo campo que debe explorarse además de probar otros procesos que constituyan una alternativa para la eliminación de parásitos enlistan en la tabla 1, y en la figura 3 se muestra el diagrama de flujo que resume la metodología.
Contenido de HH en aguas residuales
En la tabla 2 se puede observar el contenido de HH presente en aguas residuales de México y otros países. Para cumplir con un efluente destinado a riego, tal como lo establece la NOM-001-SEMARNAT-1996, se requiere eliminar 95% de HH, para riego agrícola de forma ilimitada, en cultivos como forrajes, frutas, legumbres y verduras (riego no restringido), y 99% de HH para riego en siembra, a excepción de legumbres y verduras, que se consumen crudas (riego restringido) (tabla 1). El tratamiento que se proporcione al agua depende de su uso final; por ejemplo, para el riego agrícola es necesario eliminar organismos patógenos y conservar el contenido de materias orgánicas y nutrientes con el objetivo de favorecer el crecimiento de cultivos. Para ello, diversos procesos de oxidación avanzada en la eliminación de HH han sido utilizados, tal y como se describe a continuación.
Procesos avanzados de oxidación aplicados en la destrucción de HH
El cloro es el producto químico más comúnmente utilizado para la desinfección de agua, debido a su habilidad para inactivar bacterias y virus; sin embargo, no es
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Se vuelve a sedimentar y aspirar el exceso de agua; se añade una solución para hacer que los huevos sedimenten.
Se repite hasta que quede menos de 1 ml de agua junto con el sedimento.
Se procede a la identificación y cuantificación de huevos de helmintos.
Los métodos tradicionales de desinfección de agua no son capaces de inactivar a los parásitos por su alta resistencia a este tipo de tratamientos
efectivo para eliminar los HH.9 Ante tal situación, se ha recurrido al uso de procesos avanzados de oxidación (PAO), como son: la vía ácida, la cual es un tratamiento que utiliza ácidos para la eliminación de HH, como el ácido peracético; la fotocatálisis homogénea, que involucra una reacción química y absorción de luz, con ayuda de un catalizador, para acelerar la reacción; la fotocatálisis solar con TiO2 (dióxido de titanio) que es el resultado de una reacción causada con luz solar y un catalizador TiO2, elementos que darán como resultado la eliminación de HH y ozonización, dado que el componente principal es el ozono. Las tecnologías anteriormente mencionadas involucran la generación de radicales hidroxilos (•OH) (tabla 3), que pueden ser producidos por reacciones fotoquímicas o por otras formas de energía y poseen una alta efectividad para la oxidación de materia orgánica. En la reacción fotoquímica o inducida por la luz, generalmente, ésta actúa produciendo radicales libres en las moléculas, como •OH. La tabla 3 presenta potenciales de oxidación de distintas especies; se observa que después del flúor (3.03 Eo), el •OH es el oxidante más potente (2.80 Eo).
Eliminación por vía ácida
Los ácidos ensayados para el tratamiento de lodos son: sulfúrico, perclórico, peracético, acético, propiónico, iso-butírico, n-butírico e iso valérico; entre ellos, el ácido peracético se ha utilizado para tratar lodos con buenos resultados en cuanto a la eliminación de parásitos.10
Fotocatálisis homogénea
Ésta se define como la reacción catalítica que involucra la absorción de la luz por parte de un catalizador (como el ion de hierro) que está disuelto en agua. La interacción de especies capaces de absorber fotones (complejos de metales de transición, colorantes orgánicos etc.), sustrato o reactivo (como el contaminante) y luz puede conducir a la modificación química del sustrato. La reacción Fenton proporciona una importante fuente de radicales hidroxilo que aumentan significativamen-
Tabla 3. Potenciales redox de algunos agentes oxidantes.11 Especie Eo (V*, 25 °C) Especie Eo (V, 25 oc)
Flúor Radical hidroxilo Oxígeno atómico Ozono Peróxido de hidrógeno
3,03 Radical perhidroxilo 2,80 Permanganato 2,42 Dióxido de cloro 2,07 Ácido hipocloroso 1,78 Cloro
1,70 1,68 1,57 1,49 1,36
*Eo: Estado de oxidación. V: Voltio
te al complementarse el proceso con radiación UV/ Visible, llamándose proceso foto-Fenton. Este método se ha usado para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con compuestos fenólicos, colorantes, ácidos carboxílicos, así como compuestos aromáticos nitrogenados, eliminación de parásitos1 y para la degradación de plaguicidas disueltos en agua.
Fotocatálisis solar con TiO2
La fotocatálisis solar se define como la aceleración de una fotorreacción química por la presencia de un catalizador (TiO2), siendo la luz y el catalizador elementos necesarios. El efecto que se observa es la división de la pared celular por oxidación superficial inducida, la cual da como resultado la desintegración de las células bacterianas. El mecanismo es sinérgico, ya que la formación de radicales •OH elimina los nutrientes y daña o destruye el sistema reproductor de los microorganismos, eliminando de esta forma su tasa de crecimiento a la vez que provoca inactivación.
Ozonización
La palabra ozono proviene de la griega ozein que significa tener olor. Su fórmula molecular es O3 y es un gas inestable de color azul y olor picante. A temperatura ambiente perdura por alrededor de 30 minutos, después, vuelve a convertirse en oxígeno O2.10 El ozono es un oxidante muy fuerte con capacidad para eliminar HH (con dosis de hasta 36 mgO3/L). Los mecanismos de desinfección asociados al uso del ozono incluyen: la oxidación o destrucción directa de la pared de la célula con la expulsión de componentes celulares, el daño a los componentes de los ácidos nucleicos (purinas y pirimidinas) y la ruptura de las uniones de carbono-nitrógeno, cuadro que conduce a la despolimerización, la cual es una reacción contraria a la polimerización que se da como un mecanismo alterno a una reversión, y disminuye el peso molecular de los polímeros.11
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(2004). “Ozonation by-Products Issue from The Destruction
En búsqueda de la descontaminación de aguas, se ha impulsado procesos avanzados de oxidación eficientes para la degradación de contaminantes refractarios, como aguas industriales, plaguicidas, lixiviados, bacterias, virus y parásitos
of Microorganisms Present in Wastewaters Treated for Reuse”. Water Science & Technology, vol. 50, núm. 2, pp. 187-193. 8.
F. Quilès, J. Y. Balandier, S. Capizzi-Banas (2006). “In situ Characterisation of a Microorganism Surface by Raman Microspectroscopy: the Shell of Ascaris Eggs”. SpringerVerlag, núm. 386, pp. 249-255.
Conclusiones
Los huevos de Ascaris lumbricoides son los que presentan mayor resistencia a ser eliminados; lo que ha propiciado experimentación de nuevos métodos de inactivación y la búsqueda de alternativas que difieran de los métodos tradicionales. Por consiguiente, los procesos avanzados de oxidación representan una alternativa eficiente para la destrucción de HH, dado que involucran la generación de radicales hidroxilos. En este documento sólo se presentan algunos métodos utilizados para la eliminación de algunos parásitos; de los cuales se han obtenido altas eficiencias de remoción, sin embargo, las investigaciones continúan siendo escasas. La implementación de estos procesos, generalmente, se ha ensayado como parte inicial o final de un tratamiento, en función de la biodegradabilidad del contaminante, sin embargo, en el caso de los HH, los procesos avanzados de oxidación deben ser considerados como la primera opción para su eliminación. Referencias 1.
J. L. García, L. Mejía, E. Bandala, B. Corona (2008). “Inactivación de huevos de helminto mediante fotocatálisis homogénea”. Aquaforum, núm. 49, año. 12, pp. 14-18.
2.
P. Torres, A. Pérez, J. C. Escobar, I. E. Uribe, R. Imery (2007). “Compostaje de biosólidos de plantas de tratamiento de aguas residuales”. Eng. Agric., Jaboticabal, vol. 27, núm.1, pp. 267-275.
3.
L. R. Ash, T. Orihel (2010). “Atlas de parasitología humana” Buenos Aires, Médica panamericana, 556 pp.
4.
A. M. Paruch (2010). “Possible Scenarios of Environmental Transport, Occurrence and Fate of Helminth Eggs in Light Weight Aggregate Wastewater Treatment Systems”. Rev Environ Sci Biotechnol. Vol. 9, pp. 51-58.
5.
C. Diago, V. García, F. Salabarría (2011). “Ascaris lumbricoides en el corazón de una gestante”. Revista Cubana de Obstetricia y Ginecología, vol. 37, núm. 2, pp. 243-250.
6.
C. Maya, M. Ortiz, B. Jiménez (2010). “Viability of Ascaris and other Helminth Genera non Larval Eggs in Different Conditions of Temperature, Lime (pH) and Humidity”. Water Science & Technology, vol. 62, núm. 11, pp. 2616- 2624.
7.
V. M. Rojas, M. Orta de Velásquez, M. M. Vaca, V. Franco
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9.
V. M. N. Rojas, M. T. Orta de Velásquez, V. Franco (2008). “Comparación de mecanismos de acción de desinfectantes aplicados en aguas residuales”. Aquaforum, núm. 49, año 12, pp. 19-22.
10. US EPA “Folleto Informativo de tecnología de aguas residuales: desinfección con ozono” Office of Water Washington, D. C. EPA 832-F-99-063. Septiembre, pp 1-9. (1999). 11. J. E. Forero, O. P. Ortiz, F. Ríos (2005). “Aplicación de procesos de oxidación avanzada como tratamiento de fenol en aguas residuales industriales de refinería”. Ciencia, Tecnología y Futuro, vol. 3, núm. 001, pp. 97-109 (2005). Sandra Isabel Escobar Megchún, estudió Ingeniería Ambiental en la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas. Ha realizado cursos sobre tratamiento de aguas residuales y ha sido ponente en dos conferencias, ha publicado un artículo en una revista nacional. Su trabajo se ha enfocado en la eliminación de huevos de helminto en aguas residuales. Actualmente está iniciando estudios de posgrado. Lina Dafne Sánchez Corzo, estudió Ingeniería Ambiental en la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas. Su trabajo se ha enfocado en la investigación sobre tratamiento de lixiviados y contaminantes recalcitrantes. Ha participado en cursos sobre tratamiento de aguas residuales y ha sido ponente en dos conferencias, ha publicado un artículo en una revista nacional. Actualmente está iniciando estudios de posgrado. Hugo Alejandro Nájera Aguilar es Ingeniero Bioquímico, Maestro en Ingeniería Ambiental y Doctor en Ciencias en Desarrollo Sustentable. Es Profesor de tiempo completo en la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas. Ha escrito tres capítulos de libro y publicado 15 artículos, cinco de ellos internacionales. Ha dirigido 10 trabajos de tesis de licenciatura en Ingeniería Ambiental. Su línea de investigación es hacia el manejo de los residuos sólidos y tratamiento de contaminantes recalcitrantes. Javier Gutiérrez Jiménez es Doctor en Ciencias con especialidad en Biología Celular, por el Cinvestav. Es profesor de tiempo completo en la Facultad de Ciencias Biológicas de la Unicach y miembro del SNI. Su trabajo se ha enfocado sobre la etiología de enfermedades infecciosas en poblaciones infantiles de comunidades marginadas. Colaboró en el proyecto “100% agua limpia para México”, finalista de iniciativa México 2010. Ma. Neftalí Rojas Valencia es Licenciada en Biología, Maestra en Ciencias (especialidad en Recursos Acuáticos), por la Facultad de Ciencias-UNAM y Doctora en Ingeniería Ambiental, por la UAM. Desde 1993 ha trabajado en el área de Ingeniería Ambiental, en el Instituto de Ingeniería-UNAM. Es Investigadora Nacional del SNI desde el 2005. Sus líneas de investigación son: Microbiología ambiental, manejo y tratamiento de agua y residuos sólidos. E-mail:
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