Presencia e impacto ambiental de residuos farmacéuticos en aguas procedentes de depuradoras

Los compuestos farmacéuticos son utilizados, tanto en medicina humana como en veterinaria, para la prevención y tratamiento de enfermedades. Después de su consumo, son excretados llegando a las aguas residuales en forma de metabolitos, conjugados o en su propia forma activa sin metabolizar. La mayor parte de las aguas residuales llegan a las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs), las cuales no están específicamente diseñadas para eliminar este tipo de compuesto, por lo que suponen la principal fuente de entrada de los mismos al medioambiente. 

La presencia y el destino de los residuos farmacéuticos en muestras ambientales son de gran interés debido a los posibles riesgos toxicológicos que pueden producir. Por ello, la comunidad científica presenta cada año sus investigaciones acerca de este problema alrededor de todo el mundo. En este sentido, cabe destacar que menos de 100 años han pasado desde el rápido desarrollo de las industrias farmacéuticas, con la síntesis de numerosos compuestos farmacéuticos de diferentes clases terapéuticas, hasta los primeros estudios acerca de la presencia de estos residuos en el medioambiente. Sin embargo, a pesar de las numerosas investigaciones acerca de su presencia y riesgo medioambiental, estos compuestos siguen siendo considerados contaminantes emergentes debido a la falta de reglamentación sobre su control.  

Con respecto a la lenta evolución de la reglamentación sobre estos contaminantes, hace tan sólo dos años se estableció la primera lista de vigilancia (“Wach list”) en la Decisión de Ejecución (UE) 2015/495, cuyo propósito es recopilar información para la posible incorporación de algunos compuestos emergentes a las listas de sustancias prioritarias de la Directiva Marco del Agua 2000/60/CE. Por ello, existe la necesidad de seguir investigando tanto en el desarrollo de metodologías de análisis como en su aplicación para controlar los niveles de concentración presentes en muestras ambientales acuáticas.  

En España, considerando sólo el territorio peninsular, se ha aportado un gran número de estudios sobre la presencia y el posible riesgo de los compuestos farmacéuticos en muestras líquidas procedentes de EDARs. Sin embargo, en Canarias existe una falta de información respecto a esta cuestión. Además, la hidrología en esta región es totalmente diferente a la encontrada en la Península Ibérica, en la que se produce una gran escasez de recursos hídricos, con lo que hace esencial la reutilización del agua depurada y la desalinización de agua de mar. Por lo tanto, es realmente interesante la recolección de datos sobre la presencia de productos farmacéuticos en esta área de características diferentes.

Por ello, se ha efectuado un monitoreo de manera quincenal durante un periodo de seis meses para establecer la presencia de un total de veintitrés compuestos farmacéuticos en muestras líquidas procedentes de dos EDARs localizadas en la isla de Gran Canaria. Los productos farmacéuticos escogidos para el estudio se clasifican en los diferentes grupos terapéuticos más comúnmente utilizados tales como, antiinflamatorios y analgésicos (diclofenac, ketoprofeno, ibuprofeno, naproxeno, metamizol), antidepresivos (fluoxetina), antiepilépticos (carbamazepina), antiulcerosos y antihistamínicos (omeprazol y ranitidina), reguladores lipídicos (gemfibrozil, ácido clofílico y bezobifibrato), betabloqueantes (propranolol y atenolol), antibióticos (ofloxacin, ciproflacina, eritromicina, trimetoprim, sulfametoxazol y metronidazol) y estimulantes (nicotina, cafeína y paraxantina). 

Para la determinación de estos fármacos seleccionados en las diferentes muestras de agua se aplicó un método analítico avanzado, el cual fue optimizado previamente y se basa en la combinación de la técnica de extracción en fase sólida (SPE) y la cromatografía líquida con espectrometría de masas (LC-MS/MS).  

Una de las EDARs utilizadas para el estudio posee un tratamiento convencional basado en un sistema de lodos activados seguido de un sistema de ósmosis inversa, mientras que la otra está caracterizada por el uso de un tratamiento natural mediante humedales de flujo vertical y horizontal con una previa infiltración de microorganismos. Para determinar la presencia de los fármacos en las diferentes etapas del tratamiento, se usaron cuatro puntos de muestreo para cada EDAR. En la estación depuradora convencional, los puntos escogidos para su evaluación fueron a la entrada de agua residual después del desbaste, el efluente después del tratamiento secundario y tras haber pasado por una microfiltración, el rechazo de ósmosis y un punto final del agua totalmente depurada después del proceso de ósmosis. Mientras que para la depuradora natural los puntos de muestreo son a la entrada de aguas residuales después de un proceso de desbaste, otro después de la adición de los microorganismos y los siguientes puntos están situados a la salida de los tratamientos de flujo vertical y horizontal. Además, también fue evaluada la eficacia de ambas EDARs para la eliminación de los compuestos farmacéuticos seleccionados, y así conocer la necesidad de aplicar adicionalmente procedimientos de purificación más avanzados.

Adicionalmente, otro de los objetivos de este trabajo ha sido la evaluación predictiva del impacto ambiental que puede llegar a producir la presencia de los máximos niveles encontrados, en los efluentes de las EDARs evaluadas, sobre diferentes organismos acuáticos (algas, dafnias y peces). Esta estimación se ha realizado usando el cociente de riesgo (RQ), el cual se define como la comparación entre la concentración máxima ambiental de contaminante esperada o medida y la concentración sin efecto ecológico para cada especie. Para valorar si una sustancia puede producir riesgo para alguna especie se sigue el siguiente criterio: valores de RQ inferior a 0,1 indica un riesgo mínimo para los organismos, en el rango entre 0,1-1 implica un riesgo medio y se considera un riesgo alto para un RQ superior a la unidad.

Tras el análisis de un total de 96 muestras, 48 muestras procedentes de cada una de las EDARs evaluadas, se ha comprobado que los niveles de concentración se encuentran en el intervalo de 4,00 ± 1,00 ng L-1 a 59,2 ± 11,7 μg L-1 para la EDAR convencional, mientras que para el caso de la EDAR natural de humedales proporciona un intervalo de concentración entre  18,0 ± 1,00 ng L-1 y 148 ± 14,7 μg L-1.  A pesar de que la EDAR natural realiza el tratamiento de flujos de agua más pequeños que la EDAR convencional, los niveles de concentración son muy similares.

Para la EDAR convencional (Figura 1), se observa una gran disminución en la concentración tras el paso por los tratamientos primarios y secundarios de la depuradora con una mediana de eliminación del 88%, aunque hay algún compuesto, como la carbamazepina, que debido a su resistencia a la biodegradación permanece con los mismos niveles de concentración. Por otro lado, se distingue otra consecutiva reducción, pero menos acusada, tras el paso por el tratamiento terciario de ósmosis inversa. Poniendo nuevamente de ejemplo la carbamazepina, en este paso se observa una reducción de los niveles. Sin embargo, en este tratamiento de osmosis inversa, el proceso que está ocurriendo no se trata de una eliminación o degradación de los compuestos farmacéuticos sino de un traslado y concentración de los analitos en el rechazo de la ósmosis, por ello, se observa un aumento de las concentraciones en este punto. En cualquier caso, las eficiencias de eliminación del proceso completo de tratamiento, alcanzan valores desde únicamente un 20% hasta la completa reducción, siendo la mediana de todos los datos mayor al 99%, indicando que para la gran parte de los compuestos estudiados existe una aparente buena eficiencia de eliminación.

En el caso de la EDAR natural (Figura 2), el comportamiento que siguen la mayoría de compuestos estudiados es de una reducción progresiva de eliminación tras el paso por cada etapa de tratamiento. Nuevamente, la carbamazepina y junto con el ibuprofeno mantienen sus niveles de concentración durante todo el proceso de tratamiento. En relación a las eficiencias de eliminación del proceso, la mediana se asemeja a los proporcionados por la depuradora convencional sin tener en cuenta el tratamiento terciario, siendo para la mayoría de compuestos superior al 80% excepto para la carbamazepina, fluoxetina e ibuprofeno que eran inferiores al 40%. Estos resultados son indicativos de que se trata de un tratamiento prometedor para el tratamiento de aguas residuales de poblaciones pequeñas en áreas rurales con un amplio espacio para construir humedales y, así, reducir el consumo energético.

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