Microplásticos en el agua potable, un gran desafío ambiental

Los plásticos presentes en los desechos por lo general se descomponen en pequeñas partículas, que a largo plazo pueden ocasionar grandes problemas en los sistemas de agua y la salud humana. Así lo señala una investigación realizada por la Universidad de Surrey (Reino Unido) y el Instituto de Materiales Fronterizos de Deakin (Australia), que detalla cómo los nano y microplásticos afectan la gestión de las plantas de tratamiento de aguas residuales, para lo cual propone algunas alternativas de solución.

La presencia de nano y microplásticos en el agua se han convertido en todo un desafío ambiental. En la actualidad, las técnicas que se aplican para su detección resultan inadecuadas, pues no permiten conocer con exactitud el destino de estos desechos.

Los nano y microplásticos se encuentran presentes en las plantas de tratamiento de agua potable y aguas residuales, lo que plantea una preocupación en relación a la calidad del agua tratada. Debido a su tamaño microscópico y su naturaleza química diversa, este material puede viajar fácilmente a lo largo de los procesos de tratamiento, lo cual representa grandes desafíos operativos y de estabilidad en los procesos.

La investigación estuvo a cargo del Dr. Judy Lee y Marie Enfrin, profesionales del Departamento de Ingeniería Química y de Procesos de la Universidad de Surrey, y el Dr. Ludovic Dumeé, del Instituto de Materiales Fronterizos de Deakin. El resultado del estudio, que pone en evidencia los peligros de los nano y microplásticos en la calidad del agua, fue publicado en el Journal of Water Research.



CONTAMINACIÓN PLÁSTICA

Cada año se producen alrededor de 300 millones de toneladas de plástico en todo el mundo, de las cuales, 13 millones se liberan en ríos y océanos. A este ritmo, se calcula que para el año 2025 la cantidad acumulada será de 250 millones de toneladas.

Por otro lado, la vida útil de los productos plásticos puede ser de entre 1 y 50 años, dependiendo de su uso. El 9% se recicla, el 12% se usa para la generación de energía, el 8% se deposita en vertederos y el 71% se desecha en el medio ambiente. Además, dado que son materiales apenas degradables, se acumulan y persisten por décadas en el agua.

El estudio de Lee, Enfrin y Dumeé señala que las partículas de plástico que pesan 1 g y miden 5 mm se definen como microplásticos (MP), mientras que las partículas con variables menores se califican como nanoplásticos (NP). Estas denominaciones no han sido reconocidas formalmente, pero son útiles como referencia para abordar el problema de la contaminación.

Cada año se producen alrededor de 300 millones de toneladas de plástico en todo el mundo, de las cuales, 13 millones se liberan en ríos y océanos. A este ritmo, se calcula que para el año 2025 la cantidad acumulada será de 250 millones de toneladas.

 

La aparición de los nano y microplásticos en el agua ha sido revisada exhaustivamente. Entre todos los sistemas contaminados, figuran las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), que si bien pueden eliminar el 99% de partículas en algunos casos, libera una gran cantidad de MP que contribuye a la contaminación de los ecosistemas acuáticos.

A la fecha, existe una falta de conocimiento acerca de la presencia de nanoplásticos en el agua debido al desafío analítico que representa detectarlo. Por ello, las fracciones de este material que viajan a través de las plantas de tratamiento y se liberan al medio ambiente carecen de una medición exacta.

INTERACCIÓN ENTRE MICROPLÁSTICOS Y LAS PTAR

Los procesos de tratamiento de agua están diseñados para eliminar las impurezas del agua como arcilla, metal, madera, entre otros materiales, pero no son útiles para eliminar nano y microplásticos, por lo que se pueden producir interacciones no deseadas entre las plantas de tratamiento y estos materiales. Como consecuencia directa, se producirá un impacto en las propiedades físico químicas de las partículas en el desempeño de los procesos.

El estudio señala que la presencia de microplásticos en los efluentes de las PTAR se observa en tamaños que varían entre 20 a 1,000 µm (micrómetros, equivalentes a la milésima parte de un milímetro), en cantidades muy variadas, y viajan a través de todas las fases del tratamiento, antes de ser liberadas en los efluentes o ríos municipales.

Si bien los microplásticos parecen ser eliminados definitivamente de las PTAR, lo cierto es que existen varias limitaciones. Una de ellas es el desafío que supone detectar y cuantificar la cantidad exacta de contaminantes, en especial de nanoplásticos. A la fecha, no se tienen informes sobre la ocurrencia y destino de los NP en las PTAR.

Los microplásticos en el agua pueden tener fórmulas irregulares, esféricas o similares a fibras. Al existir la tendencia de fragmentarse en nanoplásticos, es posible que se haya disminuido el número de MP en el agua, aunque la cantidad de NP habría aumentado. La aparición de estos materiales en el agua cuestiona en cierto modo el impacto de los procesos de las PTAR.

Por otro lado, el estudio plantea que los nano y microplásticos se fragmentan por la misma acción de las PTAR, a través de mezclas, bombeo y burbujeo, generan fuentes de estrés para estos materiales. Además, el uso de procedimientos de tratamiento que involucran materiales más duros como la arena, pueden inducir en la fragmentación.

Los investigadores sostienen que es legítimo suponer que las fuerzas de corte contribuyen a la fragmentación de los MP y NP en el agua, lo que conlleva a la dispersión de estos elementos en partículas individuales de apenas 2 µm. En consecuencia, señalan que las PTAR pueden tener un impacto significativo en la contaminación microplástica, al actuar como una vía y una fuente de MP y NP en el medio ambiente.

DESINFECCIÓN LIMITADA

En los procesos de tratamiento, la desinfección suele ser la última etapa y su propósito es destruir cualquier patógeno y parásito presente en el agua y las aguas residuales por cloración, ozono o irradiación UV, para luego liberar la corriente tratada.

En estos casos, la presencia de sólidos suspendidos en micrómetros en el agua puede dificultar la acción del cloro sobre los microorganismos, que pueden quedar atrapados y en suspensión. Es aquí donde actúan los microplásticos, que se convierten en sustratos protectores para las bacterias que pueden resistir el proceso de desinfección.

Dentro del proceso de las PTAR, existe una alternativa a la cloración que consiste en la desinfección por irradiación UV, que no implica el uso de productos químicos peligrosos y no genera subproductos tóxicos.

La luz ultravioleta de longitud de onda corta generalmente se aplica para alterar el ADN e inactivar los organismos patógenos, en embargo, la presencia de partículas suspendidas puede proteger a los microorganismos de dicha luz. Por ello, la investigación señala que los MP podrían reducir el rendimiento de los procesos de desinfección en cualquiera de sus alternativas.

Debido a su tamaño microscópico y su naturaleza química diversa, los nano y microplásticos pueden viajar fácilmente a lo largo de los procesos de tratamiento de agua, lo cual representa grandes desafíos operativos y de estabilidad.

 

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Considerando que la presencia de nano y microplásticos en el agua es una amenaza para las tecnologías de tratamiento de agua y aguas residuales utilizadas en las PTAR, una solución propuesta por los autores del estudio consiste, inicialmente, en disminuir el número de NP y MP que ingresan a estas unidades.

Una de las técnicas propuestas para extraer los microplásticos del agua consiste en la “separación de densidad”. Consiste en modificar la densidad del agua con el objetivo de que los contaminantes queden a flote, para luego eliminarlos por descremado.

La densidad de la mayoría de los plásticos es similar a la del agua, por lo tanto los NP y MP están suspendidos en el agua, por lo que su extracción resulta compleja. El estudio propone la adición de sales para aumentar la densidad de 1.00 g / cm3 a 1.2 g / cm3 y 1.8 g / cm 3, respectivamente. No obstante, este proceso es eficiente para muestras, y no resulta adecuado para el tratamiento de aguas residuales.

COAGULACIÓN

Los autores del estudio sostienen que el diseño de un paso de coagulación para inducir la floculación (filtrado) de nano y microplásticos, limitando su presencia en los procesos de tratamiento de agua. Si bien los NP y MP son propensos a aglomerarse, no son estables y pueden dispersarse en agua turbulenta.

El uso de agentes de coagulación ayudaría a formar estructuras fuertes y estables que pueden eliminarse del agua. Una prueba realizada con microperlas demostró una eficiencia de más del 99%. Esto demuestra que el uso de coagulación como un paso previo al tratamiento es prometedor. No obstante, la eliminación de aglomerados debe realizarse por sedimentación o descremado, ya que las membranas todavía sufren incrustaciones.

Cabe resaltar que, en el caso de partículas más pequeñas que las microperlas, como los nanoplásticos, se presenta una mayor densidad de carga superficial, y por lo tanto, son más difíciles de desestabilizar. En estos casos se requerirá de una energía más alta para romper la suspensión de NP y hacer que se aglomeren y lograr un proceso más eficiente.



BIODEGRADACIÓN

Una última propuesta para limitar las interacciones microplásticos y el agua en los procesos de tratamiento es reducir la cantidad de partículas, degradándolas antes de que lleguen a las membranas. Se espera que la fragmentación de NP y MP ocurra en el agua, sin embargo, la mineralización completa del material plástico podría tomar cientos de años.

La solución consiste en aumentar la tasa de degradación con agentes biológicos utilizando materiales plásticos como fuente de carbono para crecer. Luego de un experimento, se demostró que el 43% de una muestra de plásticos se degradó después de 14 días de exposición a un hongo denominado Zalerion maritimum, y dos estudios posteriores mostraron resultados similares.

No obstante, los autores advierten que el impacto de los nano y microplásticos en los microorganismos como las bacterias aún no está claro y debe investigarse más para poder garantizar que estos materiales no sean peligrosos en este proceso.

La biodegradación plástica es una solución ideal para eliminar NP y MP del agua, sin embargo, los parámetros ambientales como la composición y temperatura del agua, el tipo y concentración de plástico y la disponibilidad de bacterias limitan y ralentizan el proceso de biodegradación. Por lo tanto, se necesita más trabajo para asegurar este proceso e implementarlo en las PTAR.

CREANDO CONCIENCIA

Los representantes de la Universidad de Surrey y el Instituto de Materiales Fronterizos de Deakin sostienen que, aunque se han realizado varias investigaciones sobre la contaminación de los nano y microplásticos, se debe crear conciencia sobre las interacciones entre estos materiales y los procesos de tratamiento del agua, ya que son una amenaza emergente para los ecosistemas acuáticos y la salud humana.

“La presencia de NP / MP en las PTAR plantea una preocupación por la calidad del agua tratada no solo porque se pueden liberar más NP sino también porque se reduce el rendimiento de las tecnologías de filtración por membrana”, señalan.

Publicado en revista Agua y Saneamiento Ed. 13