Recenti progressi nella pastorizzazione solare dell'acqua

Non è necessaria la bolitura per distruggere i microbi

Lo scopo principale dei forni ad energia solare è di trasformare i raggi solari in calore per poi usarli per cucinare il cibo. In questo articolo voglio trattare un altro uso del forno solare differente dalla cottura dei cibi. Il mio argomento principale è la pastorizzazione dell'acqua che può essere un complemento della cottura con i forni solari ed uno dei punti critici della sanità per molti paesi in via di sviluppo.

Le maggiori problematiche sanitarie dei paesi in via di sviluppo sono oggi le malattie infettive provocate da batteri, virus, ed altri microbi che proliferano nelle feci umane e nell'acqua inquinata utilizzata per bere e per lavarsi. I microbi vivi bevuti si moltiplicano, causano disfunzioni intestinali e poi si disperdono nell'acqua attraverso le feci incrementando così la trasmissione dell'infezione.

Il magggiore problema mondiale è l'uso di acqua non potabile. Si presume che almeno un miliardo di persone non abbia accesso ad acqua potabile. Si stima che le disfunzioni della diarrea, causato dall'utilizzo di acqua non potabile, sia la causa della morte di 2 milioni di bambini e di malattie per circa 900 milioni di persone ogni anno.

Bollitura dell'acqua contaminata

Come è possibile distruggere i microbi infettivi e potabilizzare l'acqua da bere? Nelle città dei paesi sviluppati è solitamente garantito con la clorazione dell'acqua precedentemente filtrata. Nei paesi in via di sviluppo, invece, gli acquedotti cittadini sono meno efficienti e l'acqua dei torrenti, fiumi ed altri bacini può essere contaminata dalle feci umane e può essere una minaccia sanitaria. Quali sono le raccomandazioni fornite dai responsabili sanitari del miliardo di persone che non hanno accesso all'acqua potabile? La loro raccomandazione principale è di bollire l'acqua, alle volte anche per più di 10 minuti. E' ben noto fin dai tempi di Luigi Pasteur, 130 anni fa, che il calore della bollitura è veramente efficace nella distruzione di tutti i microbi dannosi presenti nell'acqua e nel latte.

Se l'acqua contaminata può essere potabilizzata con la bollitura, perchè la bollitura non è praticata uniformemente? Sembra che ci siano 5 motivazioni principali: 1) La gente non crede nella responsabilità dei germi nella diffusione delle malattie. 2) ci vuole troppo tempo. 3) l'acqua bollita ha un cattivo sapore. 4)il combustibile è spesso limitato o costoso 5) il calore ed il fumo sono spiacevoli. .

E' opportuno soffermarsi su alcuni esempi relativi ai costi della bollitura. Durante l'epidemia di colera in Perù, il Ministro della Sanità esortò i residenti a bollire per 10 minuti l'acqua da bere. Il costo dell'operazione consumava il 29% della media dei poveri redditi famigliari. In Bangladesh il costo della bollitura richiede l'utilizzo dell' 11% dei redditi delle famiglie più povere. In Jakarta, Indonesia, per la bollitura vengono annualmente spesi dagli abitanti oltre 50 milioni di dollari. E' stato stimato che a Cebu, nelle Filippine, quasi la metà di una popolazione di 900.000 persone bolle l'acqua da bere e la proporzione diventa ancora superiore per le persono che ricevono l'acqua clorate degli acquedotti inadeguati. La bollitura di un litro di acqua richiede circa un chilogrammo di legno e l'uso di quel combustibile unitamente alla carbonella indica chiaramente che una inadeguata distribuzione dell'acqua contribuisce enormemente alla deforestazione, all'inquinamento dell'aria nelle zone urbane ed altri problemi inerenti il settore energetico.

Se per la bollitura vengono utilizzati il legno, la carbonella o il letame, il fumo generato crea un pericolo sanitario, cosa che avviene anche durante la cottura dei cibi. Si presume che 400 - 700 milioni di persone, principalmente donne, soffrano per questo inquinamento dell'aria domestica. Come microbiologista, sono sempre stato preplesso sulla raccomandazione di eseguire la bollitura quando questo calore è troppo eccessivo rispetto a quello richiesto per la distruzione dei germi infettivi nell'acqua. Penso che la richiesta di eseguire la bollitura sia fatta per essere sicuri che venga raggiunta una temperatura letale. Senza un termometro è difficile conoscere la temperatura raggiunta dal'acqua fino a quando non si vede il gorgogliare della bollitura. Tutti conosciamo il metodo di pastorizzazione del latte. E' un processo di riscaldamento sufficiente ad eliminare la maggior parte di microbi presenti nel latte come i batteri della tubercolosi, febbri, le infezioni da streptococco e la salmonella. Quale temperatura è usata per pastorizzare il latte? La maggior parte del latte è pastorizzata per soli 15 secondi a 71.7°C (161°F). In alternativa può essere fatto per 30 minuti a 62.8°C (145°F) Alcuni batteri sono termoresistenti e possono sopravvivere alla pastorizzazione ma non sono pericolosi per la popolazione. Tuttavia possono rovinare il latte e per questo il latte pastorizzato viene conservato refrigerato.

Nell'acqua possono esserci vari tipi di microbi ma non sono particolarmente termoresistenti. Nella tabella 1 sono indicate le principali cause delle malattie e la loro resistenza alla temperatura. I virus della Escherichia Coli, la Shigella SD ed il gruppo dei Rotavirus sono le maggiori cause di diarrea acuta infantile dei paesi invia di sviluppo. Questi virus possono essere rapidamente distrutti alla temperatura di 60°C o superiore.

Pastorizzazione solare dell'acqua

I batteri responsabili delle malattie iniziano ad essere distrutti quando la temperatura dell'acqua nel forno solare raggiunge e supera i 56°C . David Ciocchetti, uno dei miei studenti, nel 1983 durante la preparazione della sua tesi concluse che riscaldando in un forno solare l'acqua a 66°c si ottiene un riscaldamento sufficiente a pastorizzarla e distruggere i microbi responsabili di ogni e malattia . Il fatto che sia possibile potabilizzare l'acqua da bere riscaldandola solamente a 66°C invece di doverla bollire a 100°C presenta una reale opportunità per il trattamento dell'acqua contaminata dei paesi in via di sviluppo.

Controllo della contaminazione fecale dell'acqua

Come è possibile determinare se è possibile bere in sicurezza l'acqua di una fonte, pozzo, pompa,fiume, torrente o altro? La normale procedura è di controllarla con gli indicatori di batteri o di inquinamento fecale. Esistono due gruppi di indicatori utili allo scopo . Il primo comprende i batteri coliformi che viene usato come indicatore nei paesi sviluppati dove l'acqua viene clorata. I batteri coliformi provengono dalle feci o dalle foglie delle piante. All'interno dei batteri coliformi esiste il secondo indicatore, l'Escherichia Coli. Questi batteri sono presenti in grande quantità all'interno delle feci umane e di altri mammiferi ( circa 1 milione per grammo di feci). Questo è il principale indicatore per le acque non clorate. Un'acqua contenente 100 Escherichia Coli ogni 100 millilitri pone sostanziali rischi di malattia.

Le procedure standard per verificare la presenza di coliformi nell'acqua richiede personale qualificato ed un buon laboratorio o un ambiente solitamente non disponibile nei paesi in via di sviluppo. Pertanto la fornitura dell'acqua non viene mai controllata.

Nuova procedura di controllo per i paesi in via di sviluppo

Il primo metodo Colilert MPN Test (CLT) fu introdotto nel 1987 ed usava un substrato tecnologico per determinare contemporaneamente Coliformi ed Escherichia Coli. Il CLT è fornito come prodotto essiccato in provette di vetro contenenti i due nutrienti, uno per i Coliformi ed uno per E.COli. Si usa introducendo 10ml di acqua nella provetta, agitando per sciogliere i prodotti chimici e si lascia incubare a temperatura corporea per 24 ore. Io preferisco incubare le provette sotto alla cintura a contatto della mia pelle. Di notte dormo sulla schiena ed uso il pigiama per trattenere le provette a contatto del corpo.

L'acqua resterà chiara se non c'è presenza di coliformi. Se invece nell'acqua ci sono uno o più coliformi, dopo 24 ore la loro crescita metabolizza ONPG e l'acqua diventa giallognola ( come l'urina). Se tra i coliformi c'è anche E.Coli, sarà metabolizzato MUG e sotto una luce ultravioletta, la presenza del batterio renderà alla provetta una fluoresenza blu indicante un serio pericolo sanitario. Durante le dimostrazioni sull'uso del forno solare ho invitato i partecipanti di Sierra Leone, Mali, Mauritania e Nepal a testare con il CLT l'acqua fornita nelle loro abitazioni. Il test fu effettuato con 120 partecipanti. In tutti i quattro paesi, con i test eseguiti sia nelle aree rurali sia in quelle urbane, la maggior parte dei campioni contenevano coliformi ed almeno la metà avevano presenze di E.Coli. Nei test batteriologici delle provette con ONPG e MUG positivi riportati dal Mali e dalla Mauritania sono state verificate la presenza di coliformi ed E.Coli approssimativamente del 95% dei casi. Fortunatamente, a breve il Colilert MPN sarà modificato in modo che il test per E.Coli non richieda più l'esposizione sotto ad una luce ultravioletta e che il colore della provetta diventi differente dal giallo il presenza di E.Coli. Questo renderà il test meno costoso, di più facile utilizzo e di larga diffusione per l'accesso alle fonti di acqua nei paesi in via di sviluppo.

Effetti dell'acqua potabilizzata sulla diarrea infantile

Quali sarebbero gli effetti se l'acqua contaminata potesse essere resa bevibile tramite la bollitura o la pastorizzazione? Dalla precedente stima sulle Filippine si desume che nelle famiglie con un utilizzo di acqua moderatamente contaminata ( 100 E.Coli per ml.), qualora fossero in grado di utilizzare sorgenti di acqua di ottima qualità, la diarrea infantile sarebbe ridotta di oltre il 30%. Perciò, se l'acqua positiva al test MUG fosse resa pulita con la pastorizzazione solare, questo sarebbe di aiuto a ridurre i casi di diarrea, specialmente nei bambini.

Indicatore della pastorizzazione dell'acqua

Come è possibile determinase se l'acqua riscaldata ha ragggiunto i 65°C.? Nel 1988 il Dr. Fred Barrett (USDA ora in pensione) sviluppò il prototipo di un indicatore per la pastorizazine dell'acqua (WAPI). Nel 1992 lo studente in ingegneria Dale Andreatta dell'università di Berkeley in California, sviluppò l'attuale WAPI. Il WAPI è un tubo in policarbonato sigillato ad entrambe le estremità, parzialmente riempito con grasso di semi di soia che si scioglie a 69°C.("MYVEROL" 18-06K, Eastman Kodak Co., Kingsport,TN 37662). Il WAPI è inserito nel contenitore dell'acqua rivolto con il grasso nella parte alta del tubo. Un peso ad anello trattiene il WAPI nella parte bassa del contenitore che nel forno solare viene riscaldato più lentamente. L'acqua sarà pastorizzata se il grasso contenuto nel Wapi scende verso il basso perchè sciolto dal calore dell'acqua. Se il grasso permane nella parte superiore del WAPI, l'acqua non risulterà pastorizzata. Il WAPI è riutilizzabile.

Dopo che il grasso si è rafreddato ed è diventato solido sul fondo, si tira il filo da pesca collegato all'altro lato del tubo ed il peso ad anello scivola nuovamente verso il fondo lasciando il lato con il grasso nella parte superiore del tubo. Roland Saye ha sviluppato un altro indicatore basato sulla dilatazione di un disco bimetallico alloggiato in un contenitore di plastica. Anche questo mostra buone possibilità ed è alle prime fasi di test.

Il WAPI può essere immediatamente utile per le persone che usano bollire l'aqua da bere per renderla sicura. Il WAPI indica chiaramente se è stata raggiunta la temperatura di sicurezza e permette di risparmiare il combustibile che viene normalmente sprecato per ragiungere una temperatura eccessiva.

[Note dell'editore: Utilizzo del Beeswax & Carnauba Wax come indicatore della temperatura: Nel SBJ #15 abbiamo discusso dell'utilizzo della cera d'api, che fonde alla temperatura relativamente bassa di 62ºC, come indiatore della pastorizzazione dell'acqua. Abbiamo scoperto ora che aggiungendo alla cera d'api una piccola quantità di cera di carnauba (rapporto circa 1:5)si eleva la temperatura di scioglimento a 70° - 75°C. La cera di carnauba è prodotta in Brasile ed è in vendita assieme ai prodotti di lavorazione del legno. E' necessario eseguire ancora ulteriori test per verificare che il punto di scioglimento rimanga costante dopo ripeturi cicli di sciogliemento. Scirvendo a webmaster@solarcooking.org  è possibile ricevere una piccola quantità di cera di carnauba per eseguire esperimenti.]

Differenti strategie per la pastorizzazione solare dell'acqua

Il primo utilizzo del forno ad energia soalre è stato per la pastorizzazione dell'acqua. David Ciocchetti per primo costruì un forno a disco solare con un profondo contenitore che poteva contenere molti litri di acqua. A sacramento, in quel periodo dell'anno, in una normale giornata soleggiata era possibile pastorizzare 10 litri di acqua.

Nella conferenza tenuta da Dale Andreatta e Derek Yegian della Università di Berkeley in California, sono stati mostrati progetti innovativi che permettono di incrementare la quantità di acqua pastorizzata.

Anche io sono eccitato dalla possibilità di pastorizzare l'acqua usando un forno solare a singolo pannello. Richiudendo un contenitore d'acqua scuro in un sacco di poliestere per creare un'area isolante ed utilizzando una quantità di riflettori per concentrare la luce verso il contenitore, è possibile pastorizare una elevata quantità di acqua anche con un semplice sistema. Con il sistema che utilizzo mi servono 4 ore per pastorizzare circa 4 litri d'acqua. I forni di cottura solari aprono enormi posibilità per il riscaldamento dell'acqua e non solo per la pastorizzazione ma anche per preparare caffè e the, cose ampiamente diffuse in molti paesi. L'acqua può essere mantenuta calda tenendola negli appositi contenitori isolati. Nel contenitore isolato che uso, i 4 litri di acqua a 80° avranno ancora una temperatura di 55°C dopo 14 ore. L'acqua a 55°C , dopo 14 ore avrà ancora una temperatura di 40°C , ideale per sbarbarsi o per la doccia matutina.

Voglio ora ricordare alcuni suggerimenti del più grande microbiologista che sperimentò la vaccinazione nel 1890; Luigi Pasteur. Quando gli fu schiesto il segreto del suo successo, rispose che sopra tutto c'è la perseveranza. Io voglio aggiungere che ci vogliono anche buone informazioni con le quali essere perseveranti e con i forni solari noi sicuramente le abbiamo in Sacramento, Bolivia, Nepali, Mali , Guatemala e in qualsiasi altro posto dovve il sole brilla. L'uso eccessivo di legno come combustibile non è più sostenibile. Dobbiamo persistere fino a quando le conoscenze che abbiamo divulgato non diventino un patrimonio mondiale.

Dr. Robert Metcalf
1324 43rd St.
Sacramento, California 95819 USA.

Puoi sentire alcune conferenze del Dr. Metcalf qui.

IDEXX Laboratories, Inc. produce il kit Colilert e si trova a questo indirizzo:

IDEXX Laboratories, Inc.
One IDEXX Drive
Westbrook, ME 04092
USA

Voice: (800) 321-0207 or (207) 856-0496
Fax: (207) 856-0630

qui trovi la Pagina Web del Colilert Sistema.
Qui trovi l' elenco dei contatti internazionali per utilizzare e sostenere questo sistema

Vedi anche Solar Puddle Pasteurizer.

Nota dell'editore: Controllo dell'acqua nei paesi in via di sviluppo

Il sistem Colilert rende possibile controllare l'acqua senza la necessità di un laboratorio. Il produttore, IDEXX Laboratories, raccomanda di utilizzare 5 provette per ogni test. Bob Metcalf spiega che 5 provette contengono 50 ml, che è la quantità minima consentita dalla legge americana. Questo è uno standard elevato non realistico per giudicare l'acqua di paesi in via di sviluppo dove si controlla acqua che è già stata bevuta, indipendentemente dal fatto che possa essere dannosa. Utilizzando una sola proveta (10 ml) rimane una piccola possibilità che il test non verifichi la possibile presenza dei batteri.

IDEXX Laboratories informa anche che per ottenere buoni risultati è necessario provvedersi di un incubatore. Tuttavia Bob Metcalf ci dice che l'unica cosa che ci serve è di tenere le provette a contatto del corpo per 36 ore perchè la temperatura del corpo è la corretta temperatura di incubazione.

Ciò che realmente stiamo cercando sono :
1) Batteri coliformi. Un test positivo per i batteri coliformi può essere dovuto al lavaggio dalle foglie delle piante e perciò praticamente innocuo.
2) E.COli un batterio coliforme che è ampiamente diffuso nei materiali fecali. Un test positio all'E. Coli invece indica che ogni contaminazione batterica proviene da una sorgente fecale che può contenere colera, giardia o altri pericolosi microbi infettivi..