Uso de la radiación solar (UV-A y temperatura) en la inactivación del Vibrio cholerae en agua para consumo humano. Factores que condicionan la eficiencia del proceso

• Resumen
• Materiales y métodos
• Resultados
• Discusión
• Referencias

RESUMEN

Se inoculó Vibrio cholerae en botellas de vidrio, en botellas de plástico y en bolsas plásticas que contenían agua; se expusieron al sol durante 6 horas y se midió la temperatura y la radiación UV-A. Al alcanzar 30°, 35°, 40° y 45° C se tomaron muestras para determinar el nivel de los vibrios y de los coliformes termotolerantes. Se determinaron los impactos de temperatura, turbiedad, recipiente y concentración de los vibrios. Esta bacteria se logró inactivar al alcanzar gradualmente 45° C y 6 horas de exposición al sol; con temperatura constante de 30° C se necesitaron 100 Wh/m2; y con 50° C sólo 10 Wh/m2. La turbiedad es un factor que interfiere con el proceso de SODIS; con 40 UNT se necesitaron 105 Wh/m2, con 23 UNT, 91 Wh/m2 y con 5 UNT, 36 Wh/m2 de UV-A para lograr 100% de mortalidad. No se encontraron diferencias con el tipo de recipiente usado, siempre se logró 100% de inactivación; tampoco se observaron diferencias en la inactivación con diferentes concentraciones del vibrio. Se lograron altas correlaciones entre la inactivación de coliformes termotolerantes y vibrios (0.86 y 0.99).

Palabras claves: Vibrio cholerae. Coliformes termotolerantes.

Agua potable. Desinfección solar. Radiación solar. Luz ultravioleta.

******** El cólera ha tomado importancia en América, pues se estableció desde 1991 y al final del mismo año se extendió por 16 países1. En Colombia, ha causado varias epidemias con pérdidas humanas y económicas; el grupo humano más afectado está entre 15-44 años2.

El cólera, enfermedad que causa diarreas muy intensas y se considera como una de las infecciones intestinales más severas1,3, es producida por el Vibrio cholerae que presenta dos biotipos: El clásico y El Tor. En Colombia se encontró que 99.1% de los aislados corresponden al subtipo Inaba y el restante al subtipo Ogawa2. El biotipo El Tor es mucho más resistente a las condiciones ambientales y sobrevive más tiempo en el agua. Se ha visto que estas bacterias pueden sobrevivir en el agua entre 2 y 20 días, a temperaturas entre 20° y 30° C, aunque esto depende de la presencia de otros microorganismos y de la composición química del agua.

Casi todas las bacterias son sensibles a la aplicación combinada de radiación y calor debido a los efectos sinérgicos que ofrecen ambas medidas4. Por tanto, una aplicación combinada de estos dos procesos en el tratamiento del agua, permite una alternativa nueva para desinfectar el agua, sobre todo en zonas remotas de difícil acceso4,5.

La desinfección solar (SODIS) se basa en el uso de botellas de dos litros o bolsas plásticas de 3 litros que se llenan con agua y se exponen durante 6 horas a la radiación directa del sol. Con este tiempo de exposición se lograron reducciones entre 92% y 99% de coliformes termotolerantes6,7 que son indicadores de contaminación fecal. Por tanto, y si se considera el nivel de bacterias patógenas que es mucho menor, se podría lograr una reducción hasta niveles insignificantes para la salud humana.

En la estación de campo del Instituto de Investigación y Desarrollo de Agua Potable, Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico (CINARA), se han hecho pruebas de laboratorio y de campo, con los coliformes termotolerantes como indicadores de eficiencia en la SODIS, con lo que se determinaron la tasa de mortalidad, los niveles de radiación solar necesarios para inactivar esos gérmenes y la temperatura crítica que puede causar la mayor mortalidad de bacterias7-9.

Con los resultados obtenidos, se decidió investigar algunos factores que interfieren en la inactivación del V. cholerae y determinar el uso potencial de la SODIS en el control del cólera, pues este tipo de tecnología es universalmente disponible, de costo y sostenimiento bajos, y se emplea en cualquier sitio, aunque presenta algunas limitaciones debidas a las condiciones atmosféricas, la turbiedad del agua, el color, el espesor de las paredes y la forma del recipiente10.

En este artículo se presentan los resultados, bajo condiciones de laboratorio y se discute el uso potencial que podría tener la SODIS en la inactivación del V. cholerae.

MATERIALES Y MÉTODOS

Los datos de este documento, hacen parte de un programa de investigación (SODIS) que se realiza simultáneamente en varios países del mundo y es coordinado por el Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology (EAWAG/SANDEC) y donde CINARA participa en la evaluación tanto en el laboratorio como en el campo. La parte experimental se realizó en la Estación de Investigación de CINARA, durante el período de agosto 1995 a abril 1996.

Medidas físicas. La turbiedad del agua se midió con el método nefelométrico mediante un turbidímetro Hach 2100A, cuyo valor se da en unidades nefelométricas de turbiedad (UNT). Los sólidos suspendidos se midieron con el método gravimétrico (mg/l) y filtros de fibra de vidrio con un tamaño de poro nominal de 1.2 µm11. La intensidad de radiación UV-A (Watt.hora/m2) se midió cada 10 minutos con un sensor radiométrico tipo Macam SD 104A-Cos, con una respuesta espectral de 320-400 nm (luz ultravioleta A, UV-A), este sensor se conectó a un data logger y la temperatura se medió con una termocouple tipo J.

Pruebas microbiológicas. Se utilizó una cepa del biotipo El Tor de V. cholerae aislada en el Departamento de Microbiología de la Universidad del Valle. Esta cepa se mantuvo en caldo nutritivo a 35.5° C durante 24 horas y de este medio se inoculó 1 ml en cada botella, antes de la exposición a la radiación solar.

Antes y después de la exposición solar se inocularon 5 tubos, para cada concentración de muestra: 0.1, 1.0 y 10 ml que contenían caldo de peptona alcalina, para determinar el número más probable (NMP). Estos tubos se incubaron durante 8 horas a 35.5º C y de los tubos con crecimiento bacteriano, se tomó una muestra con un asa que se inoculó en cajas de Petri con agar TCBS; estas cajas se incubaron por 24 horas a 35.5º C. Algunas colonias típicas para V. cholerae de cada caja se identificaron con cinco pruebas bioquímicas estándar: TSI, LIA, úrea, motilidad e indol11,12.

Con los resultados de estas pruebas bioquímicas se determinó el número más probable (NMP). Las pruebas se realizaron con aguas de diferentes turbiedades, y en recipientes y condiciones ambientales distintas. Las exposiciones a la radiación solar se hicieron entre las 09:00 y las 17:00 h.

Impacto de la temperatura. Una botella de vidrio de 1.5 litros y una botella de 2 litros de plástico se pintaron totalmente de negro para evitar el paso de la luz solar y permitir al mismo tiempo mayor acumulación de la temperatura. A cada botella completamente llena de agua, se adicionó 1 ml de V. cholerae lo que arrojó un resultado de 11,000 NMP/100 ml. Cada 15 minutos se midió la temperatura del agua en los recipientes, cuando se alcanzó 35° C, 40° C, 45° C, la temperatura máxima (47° C) y al final de la prueba se tomaron muestras para sembrarlas en tubos con peptona alcalina.

También se determinó el impacto de dos temperaturas constantes (con exposición al sol) en la mortalidad de los vibrios; para esto se usaron tubos de cuarzo de 30 ml y un baño termostato calibrado a 30° ó 50° C.

Influencia de la turbiedad. Se realizaron tres pruebas con sus respectivas réplicas, con diferente calidad del agua (nivel de turbiedad y sólidos suspendidos) y en días distintos, lo que resultó en una condición experimental variable. Para las pruebas con agua cruda (40 UNT) y prefiltrada (23 UNT) se usaron cuatro botellas plásticas y cuatro botellas de vidrio, mientras que para agua filtrada (5 UNT) se utilizó sólo una botella de cada tipo para tomar la muestra respectiva. Todas las botellas se pintaron de negro en la parte inferior en un plano longitudinal. Las muestras para las dos primeras pruebas se tomaron al comienzo (22° C), al alcanzar el agua 45° C, al final de la prueba y al día siguiente; una vez que se alcanzó la temperatura deseada, se retiró una botella de cada tipo. Para la última prueba, las muestras se tomaron al comienzo, al alcanzar el agua 30° C, 40° C, 45° C, 50° C y al final del experimento.

Influencia del tipo de recipiente. La exposición a la radiación solar se realizó con botellas de vidrio (1.5 litros), plástico (2 litros) y bolsas plásticas (3 litros), con el procedimiento antes descrito.

Influencia de la concentración de V. cholerae. Se usaron cuatro botellas plásticas (2 litros), a las cuales se les agregó agua y diferentes concentraciones iniciales de V. cholerae: 2.5 x 106, 2.5 x 105, 2.5 x 104 y 2.5 x 103 NMP/100 ml (la concentración final en el volumen total estuvo entre 5 x 104 y 5 x 107 NMP). Las temperaturas se midieron cada 15 minutos y las muestras se tomaron al comienzo 22° C, a 30° C, 35° C, 40° C, 45° C y al final de la prueba.