Este transportador de bandas de goma separa los desechos sólidos y líquidos de manera efectiva en un sistema de saneamiento experimental en un sitio de prueba en la India. Pero en una instalación en Sudáfrica, donde la cultura usa papel higiénico, los resultados no son tan buenos. Esta fue una de las muchas lecciones aprendidas de dos pruebas de campo de ocho meses de duración para sistemas de saneamiento patrocinadas por la Fundación Bill y Melinda Gates. Crédito:Brian Hawkins, Universidad de Duke
Como dice la leyenda, cuando los trabajadores franceses sintieron sus medios de vida amenazados por la automatización a principios del siglo XX, arrojaron sus zapatos de madera llamados zuecos a las máquinas para detenerlos. De ahí la palabra sabotaje.
En lugar de malgastar un buen calzado, tal vez deberían haber probado el papel higiénico húmedo.
En dos nuevos artículos publicados en la revista Ciencia del Medio Ambiente Total , ingenieros de la Universidad de Duke informan sobre los resultados de la primera gran escala, Ensayos de campo en el mundo real de componentes críticos de su sistema de saneamiento fuera de la red. Desde 2011, La iniciativa "Reinventar el inodoro" de la Fundación Bill y Melinda Gates ha invertido más de $ 200 millones para financiar estos y otros esfuerzos para crear sistemas de saneamiento a pequeña escala para satisfacer las necesidades de los 4.200 millones de personas que carecen de saneamiento gestionado de forma segura en todo el mundo.
Si bien es necesario mejorar sus procesos de eliminación de nutrientes, los investigadores dicen que se sorprendieron gratamente de cuánto duraron los componentes del sistema. También se les recordó cuán importantes pueden ser las prácticas culturales para el éxito de un desafío de ingeniería global.
"El primer paso en nuestro sistema de inodoro reinventado separó los desechos sólidos y líquidos a través de una cinta transportadora hecha de bandas de goma, "dijo Brian Hawkins, científico investigador en el Duke Center for Water, Saneamiento, Higiene y Enfermedades Infecciosas (WaSH-AID). "Funciona muy bien en India, donde tienen una cultura de lavado, pero en Sudáfrica donde tienen una cultura de limpieza, el papel higiénico se metió en la mezcla y engomó todos los engranajes. Eso resultó en que el sistema necesitara una limpieza cada dos días, que no es sostenible ".
Para que los sistemas de saneamiento financiados por Gates se consideren exitosos, no solo deben eliminar los patógenos de los desechos humanos y recuperar recursos como la energía, agua limpia y nutrientes, tienen que hacer esto "fuera de la red, "sin acceso a fuentes de agua o electricidad externas. Para colmo, los sistemas deben costar menos de cinco centavos por usuario, por día, es decir, 200 usuarios por $ 10.
La fábrica textil de Coimbatore, India, donde uno de los prototipos de sistemas de saneamiento se probó en un entorno del mundo real. Crédito:Shamsheer Yousaf
Junto con Jeffrey Glass y Brian Stoner, ambos miembros de la facultad en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de Duke, Hawkins ha trabajado en su sistema en RTI International y Duke Engineering durante casi una década. Después de probar el sistema de tratamiento de líquidos a gran escala en entornos de la vida real, parece que la dedicación del equipo empieza a dar sus frutos.
"Lo más importante que estábamos tratando de averiguar es cuánto tiempo podemos ejecutar este sistema antes de que necesite un mantenimiento crítico, ", dijo Hawkins." Y quieres hacer eso en situaciones lo más cercanas a la vida real como sea posible ".
Durante gran parte de 2018, los investigadores de Duke instalaron un prototipo de sistema de tratamiento de desechos en dos lugares:un dormitorio de mujeres en una fábrica textil en Coimbatore, India y un bloque de abluciones comunales en las afueras de Durban, Sudáfrica. En el transcurso de ocho meses, Ambos sistemas sirvieron hasta 50 usuarios potenciales en un momento dado, procesando más de 11, 000 litros de residuos a lo largo de las pruebas de campo.
Si bien el problema del papel higiénico fue un descubrimiento importante, el propósito principal de las pruebas fue probar la longevidad de los componentes críticos del proceso de tratamiento de líquidos. Después de que los sólidos se separan de los líquidos, se empujan a través de un gran filtro de carbón activado.
Si bien esto elimina casi todos los biosólidos, no desinfecta el agua ni elimina las sales disueltas. Pero eso está bien, porque los investigadores pueden hacer uso de un problema para resolver el otro. La electricidad pasa a través del agua para romper los enlaces moleculares dentro de las sales restantes para producir oxidantes que contienen cloro. un poderoso desinfectante.
"El tratamiento electroquímico de residuos peligrosos tiene muchos beneficios, ", dijo Glass." No es necesario enviar ni manipular ningún producto químico para la desinfección, y el proceso puede ser muy eficiente ".
El hardware de tratamiento para el prototipo de sistema de saneamiento que se sometió a pruebas de campo en una fábrica textil en Coimbatore, India. Crédito:Shamsheer Yousaf
Dependiendo de la química específica del agua, sin embargo, los cables eléctricos necesarios para este proceso pueden corroerse rápidamente. Los investigadores tampoco estaban seguros de cuánto uso podrían soportar los filtros de carbón activado antes de necesitar ser reemplazados. Pero las pruebas de campo ayudaron a aliviar esos temores.
"Ambas pruebas duraron ocho meses y los filtros nunca fallaron. Tenía en la cabeza que sería genial si pudieran durar un año, y hasta ahora parece que podrían hacerlo, ", dijo Hawkins." Siempre que limpiemos el sistema eléctrico periódicamente, duró cientos de horas de servicio. Ese es un componente que, si tuvieras que reemplazarlo cada seis meses, no va a funcionar. Pero si puedes hacer que dure tres o cuatro años, esta bien."
En general, Los resultados de las pruebas de campo fueron prometedores con respecto a las posibles necesidades de mantenimiento y rendimiento del sistema. Los sistemas prototipo de Duke cumplían con todos los parámetros biológicos y tres de los cinco estándares químicos para efluentes líquidos de acuerdo con los requisitos de tratamiento de aguas residuales independientes recientemente publicados de la Organización Internacional de Normalización (ISO). Sin embargo, no alcanzaron los estándares para las cantidades restantes de fósforo y nitrógeno.
"Estos dos productos químicos son de especial preocupación cuando se descarga agua en lagos y arroyos porque una gran cantidad de cualquiera de ellos puede causar la proliferación de algas, ", dijo Hawkins." Hay formas eficientes de eliminar el fósforo y el nitrógeno a bajo costo para grandes volúmenes, o para pequeños volúmenes a altos costos, pero no para volúmenes bajos a bajo costo. Ese es un tema constante de I + D para nosotros ".
Los ingenieros de Duke ahora están probando soluciones a tales problemas en su próxima iteración de sistemas en India. Los nuevos sistemas son más compactos y eficientes, y están un poco más cerca de ser empleados como soluciones de trabajo a gran escala.
"Si observa el diagrama de flujo de nuestro sistema original y lo que estamos probando ahora, los componentes son todos iguales, pero los prototipos más nuevos son mucho más esbeltos y mezquinos, ", Dijo Hawkins." En este punto, principalmente estamos iterando sobre las mismas tecnologías, pero sin hacer grandes cambios ".
