Published September 24, 2019
| Version v1
Publication
Open
Field-Scale Co-fermentation of Solid Waste From Urine-Diverting Dry Toilets (UDDT-SW) and Banana Waste to Produce Undissociated Carboxylic Acids to Inactivate Ascaris Eggs
Creators
- 1. Cornell University
- 2. University of Tübingen
Description
Innovative, low-cost methods for inactivating pathogens in human fecal material (HFM) are needed, particularly in expanding urban areas where conventional sewer systems and centralized wastewater treatment plants are not feasible. To address this challenge, we have developed a bioprocess that utilizes open cultures of anaerobic bacteria (i.e., microbiomes) to produce carboxylic acids using HFM as substrate. When the pH is sufficiently low, the carboxylic acids exist in the undissociated form and inactivate pathogens. Here, we used real sanitation waste collected from container-based, urine-diverting dry toilets (UDDT-SW) in Nairobi, Kenya to conduct lab-scale and field-scale trials. Through these trials, we investigated operating conditions required to use carboxylic acid fermentation in sanitation waste treatment processes. We tested three different inoculum treatments and determined that the microbiome in UDDT-SW is well suited to produce carboxylic acids without the need for an external inoculum. We also tested co-fermentation of UDDT-SW with carbohydrate-rich food waste as a means of reducing the pH. We found that when food waste was incorporated in a way that maintained the pH between 4.8 and 5.2, then the food waste was quickly converted to carboxylic acids, and the low pH created high concentrations of undissociated carboxylic acids. The resulting concentrations of undissociated carboxylic acids resulted in Ascaris inactivation within 15 days. However, we found that a temperature ≥30°C is required for carboxylic acid production to occur.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
هناك حاجة إلى طرق مبتكرة ومنخفضة التكلفة لتعطيل مسببات الأمراض في المواد البرازية البشرية (HFM)، لا سيما في المناطق الحضرية الموسعة حيث لا تكون أنظمة الصرف الصحي التقليدية ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي المركزية مجدية. لمواجهة هذا التحدي، قمنا بتطوير عملية حيوية تستخدم المزارع المفتوحة للبكتيريا اللاهوائية (أي الميكروبيوم) لإنتاج الأحماض الكربوكسيلية باستخدام HFM كركيزة. عندما يكون الرقم الهيدروجيني منخفضًا بما فيه الكفاية، توجد الأحماض الكربوكسيلية في شكل غير منفصل وتعطل مسببات الأمراض. هنا، استخدمنا نفايات الصرف الصحي الحقيقية التي تم جمعها من المراحيض الجافة القائمة على الحاويات وتحويل البول (UDDT - SW) في نيروبي، كينيا لإجراء تجارب على مستوى المختبر وعلى المستوى الميداني. من خلال هذه التجارب، حققنا في ظروف التشغيل المطلوبة لاستخدام تخمير الحمض الكربوكسيلي في عمليات معالجة نفايات الصرف الصحي. اختبرنا ثلاثة علاجات مختلفة للتلقيح وقررنا أن الميكروبيوم في UDDT - SW مناسب تمامًا لإنتاج الأحماض الكربوكسيلية دون الحاجة إلى تلقيح خارجي. كما اختبرنا التخمير المشترك لـ UDDT - SW مع نفايات الطعام الغنية بالكربوهيدرات كوسيلة لتقليل درجة الحموضة. وجدنا أنه عندما تم دمج نفايات الطعام بطريقة تحافظ على درجة الحموضة بين 4.8 و 5.2، تم تحويل نفايات الطعام بسرعة إلى أحماض كربوكسيلية، وأدى انخفاض درجة الحموضة إلى تركيزات عالية من الأحماض الكربوكسيلية غير المنفصلة. أدت التركيزات الناتجة من الأحماض الكربوكسيلية غير المنفصلة إلى تعطيل الأسكاريس في غضون 15 يومًا. ومع ذلك، وجدنا أن درجة الحرارة ≥30 درجة مئوية مطلوبة لإنتاج الحمض الكربوكسيلي.Translated Description (French)
Des méthodes innovantes et peu coûteuses d'inactivation des agents pathogènes dans les matières fécales humaines (HFM) sont nécessaires, en particulier dans les zones urbaines en expansion où les systèmes d'égouts conventionnels et les stations d'épuration centralisées ne sont pas réalisables. Pour relever ce défi, nous avons développé un bioprocédé qui utilise des cultures ouvertes de bactéries anaérobies (c'est-à-dire des microbiomes) pour produire des acides carboxyliques en utilisant HFM comme substrat. Lorsque le pH est suffisamment bas, les acides carboxyliques existent sous forme non dissociée et inactivent les agents pathogènes. Ici, nous avons utilisé de vrais déchets d'assainissement collectés dans des toilettes sèches à base de conteneurs et à dérivation d'urine (UDDT-SW) à Nairobi, au Kenya, pour mener des essais en laboratoire et sur le terrain. Grâce à ces essais, nous avons étudié les conditions opératoires requises pour utiliser la fermentation d'acide carboxylique dans les processus de traitement des déchets d'assainissement. Nous avons testé trois traitements inoculum différents et déterminé que le microbiome dans UDDT-SW est bien adapté pour produire des acides carboxyliques sans avoir besoin d'un inoculum externe. Nous avons également testé la co-fermentation de l'UDDT-SW avec des déchets alimentaires riches en glucides comme moyen de réduire le pH. Nous avons constaté que lorsque les déchets alimentaires étaient incorporés d'une manière qui maintenait le pH entre 4,8 et 5,2, les déchets alimentaires étaient rapidement convertis en acides carboxyliques, et le faible pH créait de fortes concentrations d'acides carboxyliques non dissociés. Les concentrations résultantes d'acides carboxyliques non dissociés ont entraîné une inactivation d'Ascaris dans les 15 jours. Cependant, nous avons constaté qu'une température ≥30 °C est nécessaire pour que la production d'acide carboxylique se produise.Translated Description (Spanish)
Se necesitan métodos innovadores y de bajo costo para inactivar patógenos en la materia fecal humana (HFM), particularmente en áreas urbanas en expansión donde los sistemas de alcantarillado convencionales y las plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas no son factibles. Para abordar este desafío, hemos desarrollado un bioproceso que utiliza cultivos abiertos de bacterias anaeróbicas (es decir, microbiomas) para producir ácidos carboxílicos utilizando HFM como sustrato. Cuando el pH es lo suficientemente bajo, los ácidos carboxílicos existen en forma no disociada e inactivan los patógenos. Aquí, utilizamos residuos de saneamiento reales recolectados de inodoros secos con desvío de orina (UDDT-SW) basados en contenedores en Nairobi, Kenia, para realizar ensayos a escala de laboratorio y de campo. A través de estos ensayos, investigamos las condiciones operativas requeridas para utilizar la fermentación con ácido carboxílico en los procesos de tratamiento de residuos sanitarios. Probamos tres tratamientos de inóculo diferentes y determinamos que el microbioma en UDDT-SW es muy adecuado para producir ácidos carboxílicos sin la necesidad de un inóculo externo. También probamos la cofermentación de UDDT-SW con residuos de alimentos ricos en carbohidratos como medio para reducir el pH. Descubrimos que cuando el desperdicio de alimentos se incorporaba de una manera que mantenía el pH entre 4.8 y 5.2, el desperdicio de alimentos se convertía rápidamente en ácidos carboxílicos y el pH bajo creaba altas concentraciones de ácidos carboxílicos no disociados. Las concentraciones resultantes de ácidos carboxílicos no disociados dieron como resultado la inactivación de Ascaris en 15 días. Sin embargo, encontramos que se requiere una temperatura ≥30 ° C para que se produzca la producción de ácido carboxílico.Files
pdf.pdf
Files
(804.1 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:95d9b90a28dffc82fa6ec15e6cdc0d73
|
804.1 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التخمير الميداني للنفايات الصلبة من المراحيض الجافة لتحويل البول (UDDT - SW) ونفايات الموز لإنتاج أحماض كربوكسيلية غير مترابطة لتعطيل بيض الأسكاريس
- Translated title (French)
- Co-fermentation sur le terrain de déchets solides provenant de toilettes sèches avec distribution d'urine (UDDT-SW) et de déchets de bananes pour produire des acides carboxyliques non dissociés afin d'inactiver les œufs Ascaris
- Translated title (Spanish)
- Co-fermentación a escala de campo de residuos sólidos de inodoros secos que desvían la orina (UDDT-SW) y residuos de plátano para producir ácidos carboxílicos no disociados para inactivar los huevos de Ascaris
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2971548241
- DOI
- 10.3389/fenvs.2019.00139
References
- https://openalex.org/W1595488088
- https://openalex.org/W1966249588
- https://openalex.org/W1992198528
- https://openalex.org/W1998249001
- https://openalex.org/W2004977918
- https://openalex.org/W2010803653
- https://openalex.org/W2012231235
- https://openalex.org/W2015886153
- https://openalex.org/W2018128298
- https://openalex.org/W2021597534
- https://openalex.org/W2027586615
- https://openalex.org/W2033576040
- https://openalex.org/W2049864647
- https://openalex.org/W2054614755
- https://openalex.org/W2093874744
- https://openalex.org/W2103200393
- https://openalex.org/W2111185205
- https://openalex.org/W2135232490
- https://openalex.org/W2159924324
- https://openalex.org/W2162982730
- https://openalex.org/W2264539253
- https://openalex.org/W2282896971
- https://openalex.org/W2329608052
- https://openalex.org/W2418832922
- https://openalex.org/W2470243246
- https://openalex.org/W2740890081
- https://openalex.org/W2772782953
- https://openalex.org/W2792818062
- https://openalex.org/W2793451542
- https://openalex.org/W575601328
- https://openalex.org/W615207992