Microplástico, contaminante emergente y ubicuo. Presencia y control en aguas residuales y depuradoras

La presencia de microplásticos en el medio ambiente es una preocupación emergente, dada su comprobada ubicuidad, en particular si hablamos de entornos acuáticos, y por el riesgo potencial de introducción y acumulación en la cadena alimentaria. La importancia de su estudio, presencia, seguimiento, transporte y destino es primordial para la puesta en marcha de acciones preventivas y correctivas por parte de toda la sociedad, gobiernos, productores y consumidores. Este trabajo, una parte de los estudios de los autores, trata de la importancia de las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) como receptoras y a la vez fuente (efluentes tratados), en concreto como sumideros (fangos) de micropartículas (microfibras, microplásticos) al medio ambiente. Estos microcontaminantes se han monitoreado en una EDAR urbana durante un año. Los microplásticos se extraen por flotación, utilizando una solución concentrada de NaCl, y posterior filtración. Después de una selección inicial realizada con microscopio trinocular, las micropartículas se analizan en espectrofotometro de infrarojo con transformada de Fourier (FTIR). Estas micropartículas podrian llegar a suelos con la materia orgánica de los fangos al ser utilizado como compost en terrenos de cultivo.

La producción en masa de plásticos comenzó por 1940, alcanzado en 2017 un total anual de 348 millones de toneladas, un 3,73% más que en 2016, atribuida a polipropileno (PP) 19,3%, polietileno de baja densidad (PE-LH) 17,5%, polietileno de alta densidad (PE-HD) 12,3%, cloruro de polivinilo (PVC) 10,2%, poliuretano (PUR) 7,7%, tereftalato de polietileno (PET) 7,4% y poliestireno (PS) 6,6%, con aproximadamente un 18,5% de ellos producidos en Europa, donde el 70% de la demanda se concentra en 6 países: Alemania (24,6%), Italia (14,0%), Francia (9,6%), España (7,7%), Reino Unido (7,3%) y Polonia (6,5%) (PlasticsEurope, 2018).

La presencia de plásticos en el medio ambiente es un tema que viene despertando gran interés público, social y científico. Aunque hasta ahora, la fuente del problema se centraba en la basura de grandes plásticos, desde principios de este siglo, los fragmentos de plástico, fibras y gránulos, conocidos colectivamente como microplásticos (MP, <5 mm de tamaño), son considerados como un nuevo contaminante (Ryan et al., 2012), antropogénico, emergente y ubicuo en todo el mundo, reconocido como de los más importantes, en continuo crecimiento y con alto potencial de impacto ecológico (Gregory, 2009).

Los MP pueden dividirse en dos grupos principales: fabricados con ese tamaño (<5 mm), como los incluidos en productos de higiene personal (Barnes et al., 2015), así como los destinados a producción (Eerkes-Medrano, et al., 2015), y microplásticos secundarios o pequeños fragmentos de la desintegración de los residuos plásticos más grandes (Derraik, 2002). El desgaste de neumáticos y de marcas viales junto al lavado de textiles sintéticos son unas de las fuentes más importantes estimadas de emisiones de MP al medio ambiente.

Hasta la fecha, pocos trabajos han cuantificado microplásticos en aguas residuales, aun conociendo que las estaciones de tratamiento de aguas residuales (EDAR), junto con el proceso de escorrentía urbana, suponen una de las vías más importantes de emisión de microplásticos al medio ambiente (Eerkes-Medrano et al., 2015), no sólo a través del agua depurada, sino también mediante el uso de los fangos (Bayo et al., 2016).

Importancia de las EDAR como sumidero y fuente de microplásticos

La retención de MP en EDAR objeto de más estudio en los últimos años, ha llevado a una mayor comprensión del tema, pero queda mucho camino por recorrer antes de que pueda haber algún nivel de certeza sobre las tasas de retención. Cada planta es única tanto en la población a la que sirve como en la proporción y el tipo de microplásticos que se mueven a través de ella, y también en las tecnologías utilizadas para tratar las aguas residuales. Ninguno de los principales procesos de tratamiento utilizados actualmente en la UE está diseñado específicamente para capturar microplásticos. 

Las tasas de retención oscilan entre el 17% y el 99,7%, según el tipo de tratamiento. La mayoría de las pruebas se han realizado en plantas con tratamiento terciario, mostrando una tasa de >90%. No existe una definición específica de tratamiento terciario y, por lo tanto, los tipos de procesos empleados pueden variar. El tratamiento secundario normalmente se refiere a un proceso biológico utilizado para eliminar los compuestos orgánicos disueltos y suspendidos, que se elimina luego como fangos.

Otro aspecto requiere mayor exploración y estandarización para mejorar la evidencia disponible es el método a través del cual se identifican los microplásticos. Esto es particularmente importante para no sobreestimar el número de microplásticos en influentes o efluentes, pues entre el 22% y el 90% de los microplásticos sospechosos se determinó que no eran partículas de plástico después del análisis FTIR (Ziajahromi et al., 2017).

Materiales y Métodos

Toma de Muestras

El estudio se realizó con muestras de aguas y fangos procedentes de una EDAR municipal (Cartagena, SE de España). La planta se basa en un proceso convencional de lodos activados con un tratamiento primario, sirviendo a unos 210.000 habitantes equivalentes (35.000 m3/d) (Bayo y López-Castellanos, 2016). Las muestras se recogieron en la entrada a planta, salida del decantador primario, salida reactores biológicos y efluente. De fangos, primarios y deshidratados.

Extracción de MP

Los microplásticos y las microfibras se extrajeron a través del método de separación de densidad y filtrado (Vianello et al., 2013), ligeramente modificado para evitar la obstrucción por materia orgánica, con una disolución concentrada de NaCl (1,2 g/cm3; 1:3) (Claessens et al., 2013; Thompson et al., 2004), que facilta un sobrenadante con las microplartículas. El filtro (0,45 μm, 110 mm Ø) es llevado a placa Petri con agua bidestilada y a un agitador orbital a 240 rpm durante 30 minutos, para favorecer la extracción de los posibles microplásticos retenidos por el filtro. Finalmente, se lleva a sequedad.

Análisis Microscópico

Para el estudio morfométrico de las micropartículas aisladas se empleó el estereomicroscopio trinocular Olympus SZ61TR (6,7 - 45 aumentos). El dispositivo lleva acoplada una cámara digital de alta resolución Leica MC190HD, con software para medida y procesado de imágenes, que permite el estudio del tamaño, medida de sus ejes, forma y color del microplástico extraído, y la conservación del conjunto de imágenes obtenidas en una base de datos para su posterior análisis conjunto.

FTIR

A continuación, cada una de las micropartículas identificadas se analizaron mediante espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (ThermoNicolet 5700), con resolución de 16 cm-1 y un intervalo entre 400 y 4000 cm-1 de longitud de onda, para obtener sus espectros infrarrojos y conocer su composición por medio de la comparación de los espectros obtenidos con bibliotecas de referencia.

Resultados y discusión

Durante el año de trabajo (2017-18) se procesaron 200 L de agua residual y 5 kg de fangos, distribuidos en los cuatro puntos de muestreo de la siguiente forma: entrada a planta (13,7%), salida decantación primaria (13,4%), salida reactores biológicos (34,2%) y efluente de salida (38,7%); fangos primarios y deshidratados al 50%.

Se identificaron visualmente 870 partículas <5 mm, de las que el 45,9 % resultaron ser microplásticos. Este dato corrobora la importancia que tiene el uso de una técnica de confirmación de la composición polimérica de la micropartícula, como es el FTIR, evitando así la sobreestimación, que puede llegar al 70% de los resultados obtenidos si solo se emplea la estereomicroscopía (Hidalgo-Ruz et al., 2012).

El uso del estereomicroscopio nos permitió realizar una clasificación más exhaustiva según el tamaño de los microplásticos siendo las partículas más recurrentes, un 85,4%, aquellas que presentaban un tamaño entre 1 mm y 1 μm (mini-microplásticos). Por su forma, destacan los fragmentos con un 50,2%, seguido de los films (32,7%) y las microesferas (14,2%) y en último lugar las fibras (2,6%) y espumas (0,3%). Además, esta técnica de identificación permitía distinguir tonalidades tan llamativas como las que se muestran en la Figura 1.

En cuanto a la evolución de los MP dentro de la EDAR de estudio (Fig. 2), los datos mostraron diferencias estadísticamente significativas entre la cantidad de MP en la entrada (desbaste, 4,11 ± 0,80 MPs/L) y salida (decantador secundario, 0,30 ± 0,08 MPs/L) (t-Student = 5,002, p<0,001), lo que representa un factor de reducción del 92,7 %. Esto confirma la importancia de las EDAR en la reducción significativa de MP al medio a través del agua tratada, así como fuente de MP al medio. La mayor y estadísticamente significativa reducción de MP entre los diferentes procesos de tratamiento fue entre el reactor biológico (3,02 ± 0,45 MPs/L) y el efluente de salida (0,30 ± 0,08 MPs/L) (t-Student = 6,037, p<0,001).

En relación a los polímeros plásticos, el polietileno de baja densidad (PE-LD) fue el polímero mayormente detectado (3,28 ± 0,59 MPs/L), seguido del polietileno de alta densidad (1,83 ± 0,68 MPs/L), polímeros de acrilato y copolímeros (1,30 ± 0,47 MPs/L), polipropileno (0,80 ± 0,16 MPs/L) y polietileno-polipropileno (0,39 ± 0,15 MPs/L). El polipropileno se presentaba principalmente como mini-microplástico y constituye el 91,3% de los films identificados.

La gran actividad agrícola que se lleva a cabo en los alrededores de la estación de aguas residuales urbanas y el alto consumo plástico que conlleva el empaquetado asociado a dicha actividad, podrían ser los principales focos de contaminación por polietileno. Además, las bolsas de plástico de un solo uso, que sólo recientemente han adquirido un gravamen obligatorio en nuestro país, podrían ser también uno de los orígenes de la aparición de este polímero.

Según lo informado por Mahon et al. (2017), la mayoría de los MP se ven atrapados en los fangos de aguas residuales, que pueden ser transferidos al suelo, porque se usan como fertilizante en la agricultura después de la digestión anaerobia. Se requieren pues investigaciones adicionales para estudiar el papel de la degradación por microorganismos dentro de los procesos biológicos, como un posible método de remediación.

Las brechas de conocimiento con respecto a los factores críticos para la movilización y el transporte de MP que probablemente afectarán la atenuación de la ruta de los lodos de alcantarillado de las aguas residuales deben abordarse para determinar el flujo de MP dentro del sistema terrestre y hacia los sistemas de agua dulce. Solo cuando se adquiere el conocimiento, podemos estimar la exposición y los riesgos asociados para el medio ambiente por la contaminación de MP.

Debido a la composición química de los materiales plásticos, los entornos de recepción están potencialmente expuestos a una mezcla de partículas de tamaño micro y nano, aditivos lixiviados y productos de degradación subsiguientes, que se volverán biodisponibles para un rango de biota. Se ha demostrado la ingestión de MP por parte de organismos acuáticos, pero los efectos a largo plazo de las exposiciones continuas se entienden menos. Los desarrollos tecnológicos y los cambios en la demografía influirán en los tipos de MP y las concentraciones ambientales en el futuro, y será importante desarrollar enfoques para mitigar la entrada de polímeros sintéticos a los ecosistemas en general y de agua dulce en particular.

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