Los dispositivos portátiles de purificación de agua son unidades autónomas y de fácil transporte que se utilizan para purificar agua de fuentes no tratadas (como ríos, lagos y pozos ) para beberla . Su función principal es eliminar patógenos y, a menudo, también sólidos en suspensión y algunos compuestos desagradables o tóxicos .
Estas unidades proporcionan un suministro autónomo de agua potable a personas que no tienen acceso a servicios de suministro de agua limpia , incluidos habitantes de países en desarrollo y zonas de desastre, personal militar, campistas , excursionistas , trabajadores en zonas silvestres y supervivientes . También se denominan sistemas de tratamiento de agua en el punto de uso y técnicas de desinfección de agua de campo .
Las técnicas incluyen calor (incluida la ebullición), filtración, adsorción con carbón activado, desinfección química (por ejemplo , cloración , yodo, ozonización , etc.), purificación ultravioleta (incluido el sodio disuelto ), destilación (incluida la destilación solar) y floculación . A menudo, se utilizan en combinación.
El agua no tratada puede contener agentes potencialmente patógenos, incluidos protozoos , bacterias, virus y algunas larvas de parásitos de orden superior, como duelas hepáticas y lombrices intestinales. Puede haber contaminantes químicos como pesticidas , metales pesados y compuestos orgánicos sintéticos. Otros componentes pueden afectar el sabor, el olor y las cualidades estéticas generales, incluida la turbidez del suelo o la arcilla, el color del ácido húmico o las algas microscópicas, los olores de cierto tipo de bacterias, en particular los actinomicetos que producen geosmina [1] y la salinidad del agua salobre o del mar.
Los contaminantes metálicos comunes, como el cobre y el plomo, se pueden tratar aumentando el pH con carbonato de sodio o cal, que precipitan dichos metales. La decantación cuidadosa del agua clara después de la sedimentación o el uso de filtración proporciona niveles aceptablemente bajos de metales. El agua contaminada con aluminio o zinc no se puede tratar de esta manera utilizando un álcali fuerte, ya que los pH más altos vuelven a disolver las sales metálicas. La sal es difícil de eliminar, excepto por ósmosis inversa o destilación .
La mayoría de los procesos de tratamiento portátiles se centran en mitigar los patógenos humanos para garantizar la seguridad y eliminar partículas, sabores y olores. Entre los patógenos importantes que suelen estar presentes en el mundo desarrollado se encuentran Giardia , Cryptosporidium , Shigella , virus de la hepatitis A , Escherichia coli y enterovirus . [2] En los países menos desarrollados puede haber riesgos derivados del cólera y la disentería y de una variedad de enteroparásitos tropicales.
Giardia lamblia y Cryptosporidium spp. , ambas causantes de diarrea (ver giardiasis y criptosporidiosis ), son patógenos comunes. En áreas rurales de Estados Unidos y Canadá, a veces están presentes en cantidades suficientes como para justificar el tratamiento del agua para mochileros, [3] aunque esto ha creado cierta controversia. [4] (Ver diarrea adquirida en la naturaleza ). En Hawái y otras áreas tropicales, Leptospira spp. son otro posible problema. [5]
En los países desarrollados, organismos como el Vibrio cholerae , que causa el cólera , y diversas cepas de Salmonella , que causan enfermedades tifoideas y paratifoideas, son menos comunes . También se pueden encontrar virus patógenos en el agua. Las larvas de duelas son especialmente peligrosas en zonas frecuentadas por ovejas , ciervos o ganado vacuno . Si se ingieren estas larvas microscópicas , pueden formar quistes potencialmente mortales en el cerebro o el hígado . Este riesgo se extiende a las plantas que crecen en el agua o cerca de ella, incluido el berro, que se come comúnmente .
En general, cuanto mayor sea la actividad humana aguas arriba (es decir, cuanto mayor sea el caudal del río), mayor será el potencial de contaminación por efluentes cloacales , escorrentías superficiales o contaminantes industriales . La contaminación de las aguas subterráneas puede deberse a la actividad humana (por ejemplo, los sistemas de saneamiento in situ o la minería) o puede producirse de forma natural (por ejemplo, el arsénico en algunas regiones de la India y Bangladesh). El agua recogida lo más arriba posible de la corriente, por encima de todos los riesgos conocidos o previstos de contaminación, presenta el menor riesgo de contaminación y es la más adecuada para los métodos de tratamiento portátiles.
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No todas las técnicas por sí solas mitigarán todos los riesgos. Aunque se ha sugerido la floculación seguida de filtración como la mejor práctica [6], esto rara vez es posible sin la capacidad de controlar cuidadosamente el pH y las condiciones de sedimentación. El uso imprudente de alumbre como floculante puede dar lugar a niveles inaceptables de aluminio en el agua tratada de esta manera. [7] Si se va a almacenar agua, los halógenos ofrecen una protección prolongada.
El calor mata los microorganismos que causan enfermedades, y para algunos patógenos se requieren temperaturas más altas o más tiempo. La esterilización del agua (matar todos los contaminantes vivos) no es necesaria para que el agua sea segura para beber; solo es necesario neutralizar los patógenos entéricos (intestinales). La ebullición no elimina la mayoría de los contaminantes y no deja ninguna protección residual.
La OMS afirma que llevar el agua a ebullición y luego enfriarla de forma natural es suficiente para inactivar bacterias patógenas, virus y protozoos. [8]
Los CDC recomiendan dejar hervir el agua durante un minuto. Sin embargo, a grandes altitudes, el punto de ebullición del agua desciende. A altitudes superiores a los 2000 metros (6562 pies), la ebullición debe continuar durante 3 minutos. [9]
Todos los patógenos bacterianos mueren rápidamente por encima de los 60 °C (140 °F), por lo tanto, aunque no es necesario hervir el agua para que sea segura para beber, el tiempo que lleva calentarla hasta que hierva suele ser suficiente para reducir las concentraciones bacterianas a niveles seguros. [10] Los patógenos protozoarios enquistados pueden requerir temperaturas más altas para eliminar cualquier riesgo. [11]
La ebullición no siempre es necesaria ni, en ocasiones, suficiente. La pasteurización , en la que se eliminan suficientes patógenos, suele realizarse a 63 °C durante 30 minutos o a 72 °C durante 15 segundos. Algunos patógenos deben calentarse por encima del punto de ebullición (por ejemplo, el botulismo: el Clostridium botulinum requiere 118 °C (244 °F), la mayoría de las endosporas requieren 120 °C (248 °F), [12] y los priones, incluso más). Se pueden alcanzar temperaturas más altas con una olla a presión . El calor combinado con luz ultravioleta (UV), como el método Sodis , reduce la temperatura y la duración necesarias.
Los filtros de bomba portátiles están disponibles comercialmente con filtros cerámicos que filtran de 5.000 a 50.000 litros por cartucho, eliminando patógenos de hasta el rango de 0,2 a 0,3 micrómetros (μm). Algunos también utilizan filtrado con carbón activado. La mayoría de los filtros de este tipo eliminan la mayoría de las bacterias y protozoos, como Cryptosporidium y Giardia lamblia, pero no los virus, excepto los más grandes de 0,3 μm y diámetros mayores, por lo que aún se requiere la desinfección con productos químicos o luz ultravioleta después de la filtración. Vale la pena señalar que no todas las bacterias son eliminadas por filtros de bomba de 0,2 μm; por ejemplo, las hebras de Leptospira spp. (que pueden causar leptospirosis) son lo suficientemente delgadas como para pasar a través de un filtro de 0,2 μm. Los aditivos químicos eficaces para abordar las deficiencias de los filtros de bomba incluyen cloro, dióxido de cloro, yodo e hipoclorito de sodio (lejía). Han existido en el mercado filtros de polímero y cerámica que incorporaban un postratamiento con yodo en sus elementos filtrantes para matar virus y bacterias más pequeñas que no se pueden filtrar, pero la mayoría han desaparecido debido al sabor desagradable que se le imparte al agua, así como a los posibles efectos adversos para la salud cuando se ingiere yodo durante períodos prolongados.
Si bien los elementos de filtración pueden hacer un excelente trabajo eliminando la mayoría de las bacterias y hongos contaminantes del agua potable cuando son nuevos, los elementos en sí mismos pueden convertirse en sitios de colonización. En los últimos años, algunos filtros se han mejorado mediante la unión de nanopartículas de metal de plata al elemento cerámico o al carbón activado para suprimir el crecimiento de patógenos.
Los pequeños filtros de ósmosis inversa accionados manualmente fueron desarrollados originalmente para el ejército a fines de la década de 1980 para su uso como equipo de supervivencia, por ejemplo, para incluirlos en las balsas inflables de los aviones. Existen versiones civiles. En lugar de utilizar la presión estática de una línea de suministro de agua para forzar el paso del agua a través del filtro, la presión se proporciona mediante una bomba operada manualmente. Estos dispositivos pueden generar agua potable a partir del agua de mar.
La unidad portátil de agua para salvamento (PAUL, por sus siglas en inglés) es un filtro de agua portátil de membrana basado en ultrafiltración para ayuda humanitaria. Permite el suministro descentralizado de agua limpia en situaciones de emergencia y desastre para aproximadamente 400 personas por unidad por día. El filtro está diseñado para funcionar sin productos químicos ni energía ni personal capacitado.
El filtrado con carbón activado granular utiliza una forma de carbón activado con una gran superficie y adsorbe muchos compuestos, incluidos muchos compuestos tóxicos . El agua que pasa a través del carbón activado se utiliza comúnmente junto con filtros manuales para abordar la contaminación orgánica , el sabor o los olores desagradables. Los filtros de carbón activado no suelen utilizarse como técnicas de purificación primarias de los dispositivos portátiles de purificación de agua, sino como medios secundarios para complementar otra técnica de purificación. Se implementa más comúnmente para el prefiltrado o posfiltrado, en un paso separado del filtrado cerámico, en cualquier caso se implementa antes de la adición de desinfectantes químicos utilizados para controlar bacterias o virus que los filtros no pueden eliminar. El carbón activado puede eliminar el cloro del agua tratada, eliminando cualquier protección residual que quede en el agua que proteja contra los patógenos y, en general, no debe usarse sin una cuidadosa reflexión después de los tratamientos de desinfección química en el procesamiento de purificación de agua portátil. Los filtros con núcleo de cerámica/carbón con un tamaño de poro de 0,5 μm o menor son excelentes para eliminar bacterias y quistes al mismo tiempo que eliminan productos químicos.
La desinfección química con halógenos , principalmente cloro y yodo , resulta de la oxidación de estructuras celulares y enzimas esenciales . Los factores primarios que determinan la tasa y proporción de microorganismos eliminados son la concentración de halógeno residual o disponible y el tiempo de exposición. [13] Los factores secundarios son las especies de patógenos, la temperatura del agua, el pH y los contaminantes orgánicos. En la desinfección del agua de campo, el uso de concentraciones de 1 a 16 mg/L durante 10 a 60 min es generalmente eficaz. Cabe destacar que los ooquistes de Cryptosporidium, probablemente especies de Cyclospora, y los huevos de Ascaris son extremadamente resistentes a los halógenos y la inactivación en campo puede no ser práctica con lejía y yodo.
El yodo que se utiliza para purificar el agua se añade habitualmente al agua como solución, en forma cristalizada o en tabletas que contienen hidroperyoduro de tetraglicina que liberan 8 mg de yodo por tableta. El yodo mata muchos, pero no todos, de los patógenos más comunes presentes en las fuentes naturales de agua dulce. Llevar yodo para purificar el agua es una solución imperfecta pero ligera para quienes necesitan purificar el agua potable en el campo. Hay kits disponibles en tiendas de artículos para acampar que incluyen una pastilla de yodo y una segunda pastilla (vitamina C o ácido ascórbico ) que eliminará el sabor a yodo del agua después de que se haya desinfectado . La adición de vitamina C, en forma de pastilla o en polvos para bebidas con sabor, precipita gran parte del yodo de la solución, por lo que no debe agregarse hasta que el yodo haya tenido suficiente tiempo para actuar. Este tiempo es de 30 minutos en agua relativamente clara y tibia, pero es considerablemente más largo si el agua está turbia o fría. Si el yodo se ha precipitado fuera de la solución, entonces el agua potable tiene menos yodo disponible en la solución. El hidroperyoduro de tetraglicina mantiene su eficacia indefinidamente antes de que se abra el envase; aunque algunos fabricantes sugieren no utilizar las tabletas más de tres meses después de que el envase haya sido abierto inicialmente, la vida útil es de hecho muy larga siempre que el envase se vuelva a sellar inmediatamente después de cada vez que se abra. [14]
De manera similar al yoduro de potasio (KI), el consumo suficiente de tabletas de hidroperyoduro de tetraglicina puede proteger la tiroides contra la absorción de yodo radiactivo. Un estudio de 1995 encontró que el consumo diario de agua tratada con 4 tabletas que contenían hidroperyoduro de tetraglicina redujo la absorción de yodo radiactivo en sujetos humanos a una media del 1,1 por ciento, desde una media inicial del 16 por ciento, después de una semana de tratamiento. A los 90 días de tratamiento diario, la absorción se redujo aún más a una media del 0,5 por ciento. [15] Sin embargo, a diferencia del KI, la OMS no recomienda el hidroperyoduro de tetraglicina para este propósito. [16]
Se debe dejar actuar al menos 30 minutos el yodo para matar a la Giardia . [17]
Una alternativa potencialmente más económica que el uso de tabletas de purificación de agua a base de yodo es el uso de cristales de yodo, aunque existen graves riesgos de toxicidad aguda por yodo si la preparación y la dilución no se miden con cierta precisión. [18] [19] Este método puede no ser adecuado para matar los quistes de Giardia en agua fría. [20] Una ventaja de usar cristales de yodo es que solo se disuelve una pequeña cantidad de yodo de los cristales de yodo en cada uso, lo que le da a este método de tratamiento del agua la capacidad de tratar volúmenes muy grandes de agua. A diferencia de las tabletas de hidroperyodato de tetraglicina, los cristales de yodo tienen una vida útil ilimitada siempre que no se expongan al aire durante largos períodos de tiempo o se mantengan bajo el agua. Los cristales de yodo se sublimarán si se exponen al aire durante largos períodos de tiempo. La gran cantidad de agua que se puede purificar con cristales de yodo a bajo costo hace que esta técnica sea especialmente rentable para los métodos de purificación de agua en el punto de uso o de emergencia destinados a un uso más prolongado que la vida útil del hidroperyodato de tetraglicina.
Las tabletas de halazona a base de cloro se usaban popularmente antes para la purificación portátil de agua. El cloro en el agua es más de tres veces más eficaz como desinfectante contra Escherichia coli que el yodo. [21] Por ello, las tabletas de halazona fueron de uso común durante la Segunda Guerra Mundial por parte de los soldados estadounidenses para la purificación portátil de agua, incluso se incluyeron en paquetes de accesorios para las raciones C hasta 1945.
El dicloroisocianurato de sodio (NaDCC) ha desplazado en gran medida a las tabletas de halazona por las pocas tabletas purificadoras de agua a base de cloro que quedan disponibles en la actualidad.
El blanqueador común , que incluye el hipoclorito de calcio (Ca[OCl] 2 ) y el hipoclorito de sodio (NaOCl), son oxidantes comunes, bien investigados y de bajo costo.
Las tabletas de cloro blanqueador ofrecen una plataforma más estable para desinfectar el agua que el blanqueador líquido, ya que la versión líquida tiende a degradarse con el tiempo y a dar resultados no regulados a menos que se realicen ensayos, lo que puede resultar poco práctico en el campo. No obstante, el blanqueador líquido puede usarse de manera segura para la desinfección de agua en situaciones de emergencia a corto plazo.
La EPA recomienda mezclar dos gotas de solución de hipoclorito de sodio al 8,25 % (lejía de cloro normal, sin aroma) por cada litro de agua y dejar reposar tapado durante 30 a 60 minutos. También basta con dos gotas de solución al 5 %. Duplique la cantidad de lejía si el agua está turbia, con color o muy fría. Después, el agua debe tener un ligero olor a cloro. Si no es así, repita la dosis y deje reposar otros 15 minutos antes de usarla. Después de este tratamiento, el agua puede dejarse abierta para reducir el olor y el sabor a cloro. [22] [6]
Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) y Population Services International (PSI) promueven un producto similar (una solución de hipoclorito de sodio al 0,5% - 1,5%) como parte de su estrategia de Sistema de Agua Segura (SWS). El producto se vende en países en desarrollo bajo marcas locales específicamente con el propósito de desinfectar el agua potable. [9]
Ni el cloro (p. ej., lejía) ni el yodo por sí solos se consideran completamente eficaces contra Cryptosporidium , aunque son parcialmente eficaces contra Giardia . El cloro se considera ligeramente mejor contra este último. Una solución de campo más completa que incluye desinfectantes químicos es filtrar primero el agua, utilizando un filtro de bombeo de cartucho cerámico de 0,2 μm, seguido de un tratamiento con yodo o cloro, filtrando así Cryptosporidium, Giardia y la mayoría de las bacterias, junto con los virus más grandes, mientras que también se utiliza un desinfectante químico para abordar los virus y bacterias más pequeños que el filtro no puede eliminar. Esta combinación también es potencialmente más eficaz en algunos casos que incluso el uso de desinfección electrónica portátil basada en tratamiento UV .
El dióxido de cloro puede provenir de tabletas o crearse mezclando dos sustancias químicas. Es más eficaz que el yodo o el cloro contra la giardia y, aunque su eficacia contra el criptosporidio es baja o moderada, el yodo y el cloro son ineficaces contra este protozoo. [9] El coste del tratamiento con dióxido de cloro es superior al del tratamiento con yodo. [ cita requerida ]
Una simple solución de salmuera {sal + agua} en una reacción electrolítica produce un potente desinfectante oxidante mixto (principalmente cloro en forma de ácido hipocloroso (HOCl) y algo de peróxido, ozono y dióxido de cloro). [23]
El dicloroisocianurato de sodio o trocloseno sódico, más comúnmente conocido como NaDCC, es una forma de cloro que se utiliza para la desinfección. Lo utilizan importantes organizaciones no gubernamentales como UNICEF [24] para tratar el agua en situaciones de emergencia.
Las tabletas de dicloroisocianurato de sodio están disponibles en una variedad de concentraciones para tratar distintos volúmenes de agua [25] y proporcionar el cloro disponible recomendado por la Organización Mundial de la Salud de 5 ppm [26] . Son tabletas efervescentes que permiten que la tableta se disuelva en cuestión de minutos.
Una alternativa a las preparaciones a base de yodo en algunos escenarios de uso son las tabletas o gotitas a base de iones de plata / dióxido de cloro . Estas soluciones pueden desinfectar el agua de manera más efectiva que las técnicas a base de yodo y, al mismo tiempo, dejar un sabor apenas perceptible en el agua en algunos escenarios de uso. [ cita requerida ] Los agentes desinfectantes a base de iones de plata/dióxido de cloro matarán Cryptosporidium y Giardia , si se utilizan correctamente. La principal desventaja de las técnicas a base de iones de plata/dióxido de cloro es el largo tiempo de purificación (generalmente de 30 minutos a 4 horas, según la fórmula utilizada). Otra preocupación es la posible deposición y acumulación de compuestos de plata en varios tejidos corporales que conducen a una condición rara llamada argiria que resulta en una pigmentación gris azulada permanente y desfigurante de la piel, los ojos y las membranas mucosas.
Un estudio reciente ha descubierto que la Salmonella salvaje, que se reproduciría rápidamente durante el posterior almacenamiento en oscuridad de agua desinfectada con energía solar, podría controlarse añadiendo sólo 10 partes por millón de peróxido de hidrógeno. [27]
La luz ultravioleta (UV) induce la formación de enlaces covalentes en el ADN y, por lo tanto, impide que los microbios se reproduzcan. Sin reproducción, los microbios se vuelven mucho menos peligrosos. La luz UV-C germicida en el rango de longitud de onda corta de 100 a 280 nm actúa sobre la timina , uno de los cuatro nucleótidos básicos del ADN. Cuando un fotón UV germicida es absorbido por una molécula de timina adyacente a otra timina dentro de la cadena de ADN, se crea un enlace covalente o dímero entre las moléculas. Este dímero de timina evita que las enzimas "lean" el ADN y lo copien, neutralizando así al microbio. La exposición prolongada a la radiación ionizante puede provocar roturas de cadena simple y doble en el ADN, oxidación de lípidos de membrana y desnaturalización de proteínas, todas ellas tóxicas para las células. Aun así, esta tecnología tiene límites. La turbidez del agua (es decir, la cantidad de sólidos suspendidos y coloidales contenidos en el agua a tratar) debe ser baja, de modo que el agua sea clara, para que la purificación UV funcione bien; por lo tanto, podría ser necesario un paso de prefiltrado.
Una preocupación con la purificación de agua portátil con luz ultravioleta es que algunos patógenos son cientos de veces menos sensibles a la luz ultravioleta que otros. Se creía que los quistes de protozoos estaban entre los menos sensibles, sin embargo, estudios recientes han demostrado lo contrario, demostrando que tanto Cryptosporidium como Giardia se desactivan con una dosis de luz ultravioleta de solo 6 mJ/cm2 [ 28]. Sin embargo, las regulaciones de la EPA y otros estudios muestran que son los virus los que son el factor limitante del tratamiento con luz ultravioleta, requiriendo una dosis de luz ultravioleta de 10 a 30 veces mayor que Giardia o Cryptosporidium . [29] [30] Los estudios han demostrado que las dosis de luz ultravioleta a los niveles proporcionados por las unidades de luz ultravioleta portátiles comunes son efectivas para matar Giardia [31] y que no hubo evidencia de reparación y reactivación de los quistes. [32]
El agua tratada con rayos ultravioleta todavía contiene los microbios presentes, sólo que sus medios de reproducción están "apagados". En el caso de que el agua tratada con rayos ultravioleta que contiene microbios neutralizados se exponga a la luz visible (en concreto, longitudes de onda de luz superiores a 330-500 nm) durante un período de tiempo significativo, puede tener lugar un proceso conocido como fotoreactivación , en el que surge la posibilidad de reparar el daño en el ADN reproductivo de las bacterias, lo que potencialmente las vuelve capaces de reproducirse y causar enfermedades. [33] Por lo tanto, el agua tratada con rayos ultravioleta no debe exponerse a la luz visible durante un período de tiempo significativo después del tratamiento con rayos ultravioleta, antes del consumo, para evitar la ingestión de microbios reactivados y peligrosos.
Los recientes avances en la tecnología de semiconductores permiten el desarrollo de diodos emisores de luz (LED) UV-C. Los sistemas LED UV-C abordan las desventajas de la tecnología basada en mercurio, a saber: las desventajas de los ciclos de energía, las necesidades de alta potencia, la fragilidad, el tiempo de calentamiento y el contenido de mercurio.
En la desinfección solar del agua (a menudo abreviada como "sodis"), los microbios son destruidos por la temperatura y la radiación UVA proporcionada por el sol . El agua se coloca en una botella de plástico PET transparente o una bolsa de plástico, se oxigena agitando las botellas parcialmente llenas con tapa antes de llenarlas por completo y se deja al sol durante 6 a 24 horas sobre una superficie reflectante.
La destilación solar se basa en la luz solar para calentar y evaporar el agua que se va a purificar, que luego se condensa y se cuela en un recipiente. En teoría, la destilación solar (por condensación) elimina todos los patógenos, sales, metales y la mayoría de los productos químicos, pero en la práctica, la falta de componentes limpios, el fácil contacto con la suciedad, la construcción improvisada y las perturbaciones dan como resultado un agua más limpia, pero contaminada.
Los filtros de agua se pueden fabricar en el lugar utilizando materiales locales como arena y carbón (por ejemplo, a partir de leña quemada de una manera especial). Estos filtros a veces los utilizan los soldados y los entusiastas de las actividades al aire libre. Debido a su bajo costo, pueden ser fabricados y utilizados por cualquier persona. La fiabilidad de estos sistemas es muy variable. Estos filtros pueden hacer poco, o nada, para mitigar los gérmenes y otros componentes nocivos y pueden dar una falsa sensación de seguridad de que el agua así producida es potable. El agua procesada a través de un filtro improvisado debe someterse a un procesamiento secundario, como hervirla, para que sea segura para el consumo.
Las enfermedades humanas transmitidas por el agua suelen provenir de otros seres humanos, por lo que los materiales de origen humano ( heces , desechos médicos, agua de lavado, productos químicos para el césped, motores de gasolina, basura, etc.) deben mantenerse alejados de las fuentes de agua. Por ejemplo, los excrementos humanos deben enterrarse a una distancia considerable (>60 metros/200 pies) de las fuentes de agua para reducir la contaminación. [9] En algunas áreas silvestres se recomienda que todos los desechos se empaqueten y se transporten a un punto de eliminación designado adecuadamente.
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