1 UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS MAESTRÍA DE ENERGÍAS RENOVABLES PROMOCIÓN I S ANITARIO S ECO C OMPOSTERO ANÁLISIS INVESTIGATIVO DEL CICLO DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA RESIDUAL HUMANA APLICADA EN UN CLIMA MESOTÉRMICO SEMIHÚMEDO RESPONSABLE: ING. CHRISTIAN FERNANDO ENDARA MALDONADO DIRECTORA: ING. KATTY VERÓNICA CORAL CARRILLO, MSc. SANGOLQUÍ JULIO 2015

2 PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN Necesidad (Censo Ecuador 2010) 81.75% inodoros uso exclusivo, 11.20% uso común y 7.04% no tiene Tecnología actualmente utilizada es un ciclo abierto Residuos Orgánicos (D. Sztern, M. Pravia, 1999) Residuos orgánicos entre el 30 y el 65 % provienen de los residuos domiciliarios Agua (OMS) 150 l de agua diarios, en Quito se consume cerca de 240 litros diarios, 90 litros en exceso. (Pérez, 2011), Ecuador, el agua se desperdicia entre el 30% y 40% (0.25%) en alimentación, (8%) lavado de utensilios de cocina, (8%) limpieza de vivienda y jardines, (15%) lavado en ropa, (30%) en aseo personal y un (35%) en inodoro, Museo del Agua (Yakú) (Gallardo V. y Hecke F., 2002) “maneras de crear distancia entre nuestros sentidos y nuestros desechos”.

3 OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN Investigar el ciclo de transformación y aprovechamiento de la biomasa residual humana en un clima mesotérmico semihúmedo, empleando un sanitario seco compostero que funcione en un ciclo cerrado sin intervención de agua natural. (1) Instalación del Sanitario Seco Compostero (2) Capacitación en el uso y mtto. (3) Monitoreo y Análisis del proceso (4) Análisis Costo Beneficio

4 HIPÓTESIS ¿ El aprovechamiento de la biomasa residual humana puede ser tratada mediante un ciclo renovable cerrado? (Rizzardini, 2010) “Al agua lo que es del agua, a la tierra lo de la tierra”

5 La orina presenta menos metales pesados es debido a que la orina ha sido filtrada previamente por los riñones NUTRIENTES EN LA EXCRETA HUMANA La excreta no puede ser utilizada directamente como abono, es necesario manejarla y tratarla de acuerdo lineamientos de higiene. El uso de fertilizantes químicos comparados con los componentes de la orina humana no presenta variaciones Orina: pH ácido de alrededor de 6 La cantidad de nutrientes consumidos es casi igual a los nutrientes excretados Son fertilizantes completos de alta calidad con bajo contenido de contaminantes, como metales pesados (Jönsson, Stintzing,, & Salomon, 2004) Vinneräs (Lentner,1981) (Palmquist, 2004) (Schönning & Stenström, 2004) (Kirchmann & Pettersson, 1995)

6 TECNOLOGÍAS DE RECOLECCIÓN EXCRETA HUMANA A TRAVÉS DE LA HISTORIA 123 4 56 7 8 9 10 11 12 13 14

7 Tecnologías Tratamiento Excreta Humana Sistemas Tradicionales Sistema de Alcantarillado Sanitario Fosas Séticas Letrinas Sanitarias y Unidades Sanitarias Integrales Sistemas de Saneamiento Ecológico Sistemas Sanitarios basados en la deshidratación -Sanitario Seco doble cámara (Vietman 1956) -Sanitario Seco doble cámara mejorado (Honduras 1978 – México 1999) -Sanitario Seco WMWKologen (Suecia 1980) -Sanitario una cámara con calentador (El Salvador 1999) -Sanitario con 2 cámaras y calentadores (Ecuador 1985) Sistemas Sanitarios basados en la descomposición -Sanitario Composta Clivis Multrium (Suecia 1950) -Sanitario Composta Carrusel (Noruega) -Sanitario Sirdo Seco con calentador solar (Tanzania 1975) -Sanitarios con recipiente portátil (Kiribati) -Sanitario CCD en el Pacífico Sur (Cetro para el desarrollo limpio) -Sanitario con doble cámra de India

8 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Instalación del sistema Capacitación a usuarios Toma de muestras Análisis de Muestras 181 días de retención 313 y 425 días de retención

9 ENSAYOS, MÉTODOS Y NORMAS APLICADAS EN LA INVESTIGACIÓN ENSAYOMÉTODO / EQUIPONORMAINIAP SEIDLABORAT ORY CÍA. LTDA. pH POTENCIÓMETRO NTE-INEN ISO 10390 XX Conductividad Eléctrica CONDUCTOMÉTRICO NTE-INEN 209:1998 X Humedad SEMM-FQ HUMEDAD AOAC 934.01 X Ceniza SEMM-FQ CENIZA AOAC 942.05 X Nitrógeno Total SEMIMICRO KJELDAHL NTE-INEN 209:1998 XX Fósforo ESPECTRO FOTOMÉTRICO NTE-INEN 209:1998 XX Potasio ESPECTRO FOTOMÉTRICO DE ABSORCIÓN ATÓMICA NTE-INEN 209:1998 XX CalcioXX MagnesioXX ManganesoXX Hierro AOAC 999.11 XX Cobre NTE-INEN 209:1998 XX ZincXX Boro FOTOCOLORIMÉTRICO APHA 3120 B XX Materia Seca GAVIMÉTRICO NTE- INEN ISO 11465 X Materia Orgánica PÉRDIDA POR CALCINACIÓN NTE- INEN ISO 5515 X ENSAYONORMA SEIDLABORAT ORY CÍA. LTDA. Aerobios Totales INEN 1529-5 X Coliformes Totales AOAC 991.14 X Mohos Levaduras INEN 1529-10 X S. AureusAOAC 2003.08 X E. ColiAOAC 991.14 X Salmonela 25g AOAC 967 25.26.27 FDA/CF SAN BAM CAP V X ENSAYOS FÍSICO – QUÍMICOS ENSAYOS MICROBIOLÓGICOS

10 (D. Sztern, M. Pravia, 1999) proceso aeróbico de descomposición de la materia orgánica, llevado a cabo por una amplia gama de poblaciones de bacterias y hongos en condiciones controladas que necesitan los microorganismos para vivir y desarrollar la actividad descomposición. ETAPAS DEL COMPOSTAJE Activación - Mesolítico (OPS - Banco Mundial, 2000) (Jönsson, Stintzing, Vinneräs, & Salomon, 2004) pH es ácido → descomposición de lípidos y glúcido en ácidos pirúvivos y de proteínas en aminoácidos Bacterias combinan carbón y oxígeno para producir energía. Microorganismos se multiplican rápidamente C:N carbono aportara la energía a los microorganismos y el nitrógeno es esencial para la síntesis de nuevas moléculas Calentamiento - Termofílico (Irastorza, 2014) (Jenkis, 2005) (Jönsson, Stintzing, Vinneräs, & Salomon, 2004) (Dalzell, 1991) Etapa muy corta y sectorizada. 40°C microorganismos termófilos transforman el N en Amoníaco y el pH del medio se hace alcalino Aparecen las bacterias esporígenas y actinomicetos, se degradan ceras, proteínas, hemicelulosas y algo de lignina y celulosa. Se pueden alcanzar T°>70° empobrece sustancia orgánica

11 Enfriamiento (Irastorza, 2014) (Jenkis, 2005) Cuando la temperatura es menor de 60[°C], reaparecen los hongos termófilos (humabono) que reinvaden el mantillo y descomponen la celulosa. Al bajar a 40[°C] los mesófilos también reinician su actividad y el pH del medio desciende ligeramente ETAPAS DEL COMPOSTAJE Maduración (Jönsson, Stintzing, Vinneräs, & Salomon, 2004 Es un periodo que requiere meses a temperatura ambiente, durante los cuales se producen reacciones secundarias de condensación y polimerización del humus. pH ácido el compost no está maduro

12 ANÁLISIS DE RESULTADOS CALENTAMIENTO ENFRIAMIENTO - MADURACIÓN ACTIVACIÓN

13 CALENTAMIENTOENFRIAMIENTO - MADURACIÓN ANÁLISIS DE RESULTADOS

14 CALENTAMIENTO ANÁLISIS DE RESULTADOS

15 NUTRIENTES [mg/100g] ENSAYOS FÍSICO QUÍMICOS REALIZADOS A LAS MUESTRAS EN DISTINTOS TIEMPO DE RETENCIÓN. 181 días313 días425 días Nitrógeno Total [%] 0.110.380.34 Fósforo 2085.5859.33 Potasio 8081.5071.45 Calcio 210352.30227.00 Magnesio 5060.1493.12 Manganeso 1.841.357.77 Hierro 19.886.075.75 Cobre 0.410.390.35 Boro 0.361.530.38 Zinc 0.442.031.06 ANÁLISIS DE RESULTADOS

16 Patógenos [UFC/g] ENSAYOS MICROBIOLÓGICOS REALIZADOS A LAS MUESTRAS EN DISTINTOS TIEMPO DE RETENCIÓN. 313 días425 días Aerobios Totales1.4.E+083.1.E+08 Coliformes Totales6.1.E+075.0.E+05 Mohos y Levaduras7.8.E+042.8.E+05 S. aureus5.8.E+035.0.E+05 E. coli2.9.E+071.0.E+05 Salmonella 25g0.0.E+00 ANÁLISIS DE RESULTADOS

17 EXTRACCIÓN DE NUTRIENTES POR CULTIVO (kg/ha) Fuente: (Román, Martínez, & Pantoja, 2013) El Compostaje, no es un concepto absoluto y depende de la disposición final que se le asigne. (Ansorena, Batalla, & Merino, 2011) “la capacidad o aptitud del compost para satisfacer las necesidades de las plantas, con un mínimo impacto ambiental y sin riesgo para la salud pública”. VALORACIÓN CUANTITATIVA DEL PROCESO Ejemplo: -Compost que sería considerado inaceptable para cultivos comestibles, no presentaría ninguna limitación para rellenos, cultivos ornamentales, reforestación o para recuperación de suelos degradados por actividades industriales. -Compost apto para cultivos comestibles no necesariamente es ideal para todas las plantaciones.

18 ASPECTOS CUALITATIVOS DEL PROCESO No utiliza agua para la descarga No es necesario que lo coloque un especialista. El material secante se descarga por sistema mecánico sencillo Se puede arrojar papel en el interior de la composta. La orina es aprovechada Mantenimiento no costoso. Fortalezas Necesita de material secante. No se pueden arrojar cualquier tipo de desperdicio. La caseta es elevada del suelo. Es necesario verificar el llenado del contenedor Es necesario realizar pruebas a la composta hasta generalizar el producto. Necesita capacitación y difusión para el uso. Debilidades Se puede construir IN SITU o comprar el modelo en el mercado. Los inodoros son de diferentes materiales y precios; depende del material (cemento, fibra de vidrio o porcelana). Se puede abastecer facilmente de material secante y almacenarlo. Fuente de negocio comunal y/o uso personal Proteje el medio ambiente. Suple necesidades en sitios alejados Oportunidades Debe haber comprometimiento en los usuarios para el utilización y mantenimiento. El usuario debe romper mitos y adaptarse al nuevo sistema Necesita de un mantenimiento constante al igual que cualquier baño. Se necesita espacio para el almacenamiento de la composta. Amenazas

19 EVALUACIÓN ECONÓMICA CONSTRUCCIÓN Materiales locales No existe variación económica con un baño de descarga Inodoro separador de orina tipo taladro de Ambiente Creativo $2,000.00 USD incluido humedal artificial. ANÁLISIS COSTO – BENEFICIO

20 EVALUACIÓN ECONÓMICA OPERACIÓN PREMISAS: Utilizado de cuatro personas. (INEC, 2013) El uso del inodoro para descarga de orina y/o descarga de excreta, no es una regla fija (Natursan, 2008), para fines investigativos y comparativos se utilizará una referencia dos veces para descarga de orina y dos veces para descarga de excreta. Consumo (Conicyt, 2012): ANÁLISIS COSTO – BENEFICIO

21 EVALUACIÓN ECONÓMICA OPERACIÓN ANÁLISIS COSTO – BENEFICIO CONSUMO ANUAL DE AGUA EN UN BAÑO SECO COMPOSTERO Detalle Consumo # uso diario Consumo Diario Consumo Mes Consumo Año [m3] [u] [m3] Arrastre de orina baño seco 0.001120.0120.364.38 Lavado de manos 0.0015160.0240.728.76 Uso de urinario 0.003540.0140.425.11 TOTALES 0.051.518.25 CONSUMO ANUAL DE AGUA EN UN BAÑO TRADICIONAL DE DESCARGA Detalle Consumo # uso diario Consumo Diario Consumo Mes Consumo Año [m3] [u] [m3] Descarga de inodoro0.007160.1123.3640.88 Lavado de manos0.0015160.0240.728.76 TOTALES0.1364.0849.64

22 EVALUACIÓN ECONÓMICA OPERACIÓN ANÁLISIS COSTO – BENEFICIO Consumo de agua en m 3 entre un baño seco compostero y baño tradicional de descarga Consumo anual en USD entre un baño seco compostero y baño tradicional de descarga ($0.49 USD/m3) 2.72 veces menos 15.38 USD

23 EVALUACIÓN ECONÓMICA ANÁLISIS ECONÓMICO FINANCIERO 5000 habitantes (1200 familias), el ahorro en consumo de agua se estima en 37.668 m 3, de acuerdo al siguiente razonamiento: Baño seco compostero utiliza al año 18.25 m 3 de agua Baño tradicional con descarga utiliza 49.64 m 3 de agua El ahorro por baño es de 31.29 m 3 de agua al año por familia. Analizando el universo de 1200 familias tenemos 37,668.00 m 3 de ahorro. (La Agenda Universitaria Ambiental, 2013) indica que el consumo de agua necesario para vivir por persona se estima en 80 litros (0.08 m 3 ) diarios. Es decir que con el ahorro anual de 37.668 m 3 se garantizaría el consumo de agua de un año de 1.290 personas. 0.08 m 3 x 365 días= 29.20m 3 37.668 / 29.20= 1,290 personas

25 La aparición y crecimiento de ceniza encontrada en las muestras de análisis demuestran el paso de las composta por la Etapa de Activación y Calentamiento. El compost obtenido del proceso de transformación de la excreta humana, contiene características físicas aceptables, elementos nutrientes y fertilizantes en cantidades relativamente bajas para cultivos comestibles y su nivel de patógenos apto para no afectar la salud humana, entre lo que resalta la ausencia de Salmonella y el límite máximo de coliformes fecales menor de 10E+6 UFC/ g. El proceso investigativo valida que el Sanitario Seco Compostero es una alternativa confortable, higiénica, sencilla y económica que permite el aprovechamiento de la biomasa residual humana y su transformación en abono orgánico (composta), adicional demuestra que éste baño puede consumir 2.72 veces menos agua potable que un baño tradicional de descarga. CONCLUSIONES

26 RECOMENDACIONES Producir composta través del proceso de transformación y uso de la biomasa residual (excreta) humana, ya que es una actividad con varios beneficios ambientales, económicos y sociales. Evita la utilización de fertilizantes químicos. El “humabono”, no es un descubrimiento nuevo. Sin embargo no debemos olvidar que es un agente propenso para albergar patógenos, por lo que se recomienda realizar los análisis Microbiológicos necesarios en caso de ser implementado. En caso de no contar con pruebas Microbiológicas, puede dejarse madurar por uno o dos años adicionales con el fin de destruir cualquier patógeno que permanezca en ella. Si bien la cabina de baño seco compostero, brinda características de conforta los usuarios; estas pueden ser mejoradas a través de nuevos diseños.

27 El presente estudio investigativo abre las puertas para diseñar nuevos prototipos de inodoros con separadores de orina. Durante el proceso se investigó utilizando aserrín como material secante, elevando considerablemente la relación C/N. Se pueden realizar nuevos estudios probando otros materiales como es el caso de hojas secas, cal, ceniza, entre otros. Promover el uso de energías limpias y renovables en un ciclo cerrado de la naturaleza, nos permite incentivar el uso de abono orgánico y rechazar la utilización de fertilizantes artificiales (químicos), los mismos que han llevado a la reducción de la calidad y cantidad de la producción, y han sido los causantes de afecciones a la salud humana y animal. RECOMENDACIONES

28 “Las futuras generaciones no nos perdonarán por haber malgastado su última oportunidad y su última oportunidad es hoy” Jacques Yves Cousteau GRACIAS