EFECTO DE MICROPLÁSTICOS Y NANOPLASTICOS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE REACTORES BIOLÓGICOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

A partir de los años 50 los productos fabricados con plástico se han desarrollado rápidamente y sus desechos se están convirtiendo en un problema cada vez más difícil de gestionar.

En la última década la presencia de microplásticos (MP) y nanoplásticos (NP) en el medioambiente ha ido en aumento, generando una gran preocupación ya que tienden a acumularse, causando efectos dañinos en los ecosistemas.

En el 2016 algunos científicos comenzaron a catalogar los microplásticos que llegaban a las EDAR y posteriormente estudiar su impacto en los diferentes procesos de las EDAR. reduciendo su eficiencia y la calidad de las aguas.

Varios estudios han evidenciado que los MPs y NPs afectan a la reproducción de las bacterias y por ende los procesos biológicos de tratamiento llevados a cabo en las EDAR, reduciendo su eficiencia y la calidad de las aguas regeneradas.

Este artículo presenta una clasificación de los distintos tipos de plásticos encontrados en las EDAR y los efectos negativos generados en los reactores biológicos de estas.

Serena Giorgia Perazzo. Máster en Hidrología y Gestión de Recursos Hídricos (UAH-URJC). Ingeniería Química UAH

Hoy día los plásticos son sin duda los materiales más usados en la vida cotidiana debido a su bajo coste y versatilidad.

En los últimos años, el aspecto que más preocupa a los científicos es la eliminación de los plásticos una vez finalizado su uso, ya que solo una pequeña parte de ellos es reciclada y la parte restante acaba en el medio ambiente donde tardan cientos de años en descomponerse [1].

Con el tiempo, los materiales plásticos que se dispersaron en el medio ambiente, sufren procesos químicos, biológicos y físicos que provocan una fragmentación de estos, generando microplásticos (MPs), que a su vez generan nanoplásticos (NPs) [2].

Por lo que respecta a las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) varios estudios han demostrado que los MPs y NPs no son retenidos completamente durante los procesos de pretratamientos de agua alcanzando los procesos biológicos, donde podrían causar algunos efectos negativos sobre las bacterias presentes en los reactores biológicos y comprometer la calidad de las aguas tratadas.

¿Qué son los plásticos y como se clasifican?

Los plásticos son materiales obtenidos artificialmente mediante una transformación química de sustancias de origen orgánico [3], son sustancias químicas sintéticas en forma de cadenas poliméricas formadas por moléculas más pequeñas denominadas monómeros, [1].

Los plásticos pueden ser clasificados desde un punto de vista físico, así como desde un punto de vista químico. En la clasificación física los plásticos se dividen en dos grandes grupos:

• Plásticos primarios: plásticos que nacen con un tamaño preestablecido.
• Plásticos secundarios: plásticos generados de la degradación de los plásticos primarios.

Una ulterior clasificación, más precisa, separa los plásticos por su tamaño, según esta se dividen en:

• Macroplásticos: partículas con tamaño superiores a 5mm
• Microplásticos: partículas con tamaño entre 1μm y 5 mm
• Nanoplásticos: partículas con tamaño inferiores a 1μm

Según la composición química hay diferentes polímeros plásticos: polietileno(PE), polipropileno (PP), poliéster (PES), polietileno tereftlatato (PET), poliestireno (PS), poliamida (Nylon), Poliuretano (PU), Policloruro de Vinilo (PVC), policarbonato (PC), etc.

¿Qué es una Estación Depuradora de Agua Residuales (EDAR)?

Una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) es una instalación industrial que se encarga de recoger y tratar las aguas residuales domésticas e industriales. En la EDAR, se aplican tratamientos físicoquímicos y biológicos que permiten eliminar los contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos (arena, aceite y grasa, materia orgánica disuelta, etc.) presentes en el agua para que esta pueda ser reintroducida en el medio ambiente respetando las normas vigentes de los vertidos.

Los tratamientos a los que se somete el agua en una depuradora suelen dividirse según la secuencia en la línea de agua de acuerdo a la Fig.1: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y el tratamiento terciario. Además, suele estar presente una línea específica (línea de fangos) para la estabilización de los lodos generados en las etapas de decantación.

El proceso biológico aprovecha la capacidad de algunos organismos para la eliminación de sustancias del carbono disuelto y otros nutrientes de las aguas residuales. Este proceso puede ser de mayoritariamente de tipo aeróbico en las grandes EDAR y de tipo anaerobio en instalaciones con aguas industriales de gran carga orgánica.

En las plantas de tratamiento de aguas residuales cada día llegan diferentes tipos de desechos arrastrados por las aguas, entre ellos los plásticos. Una investigación hecha por la región de Murcia (España) [5], ha resaltado que la formas de microplásticos más común encontradas en una EDAR son las fibras, seguidas de películas, fragmentos y esferas.

Muchos autores afirman que las estaciones depuradoras juegan un papel importante en la liberación de microplásticos en el medio ambiente [6], debido a que los MPs y NPs no son retenidos durante los procesos de tratamiento del agua, aunque también hay estudios que afirman que la mayoría de partículas plásticas son eliminadas en el tratamiento secundario [7,8]. Las tecnologías de tratamiento de aguas residuales no están enfocadas a la eliminación de los microplásticos, de hecho, la problemática asociada a su presencia en las EDAR es un aspecto muy poco estudiado [9].

¿Cómo afectan los MPS y los NPs a los procesos biológicos en las EDAR?

Un trabajo del año 2018 [12], ha demostrado que la presencia de NPs de Poliestireno (PS) afecta a la respiración endógena bacteriana. La frecuencia respiratoria endógena es un indicador importante de actividad de las bacterias y de los lodos activados, esto está directamente relacionado con la eficiencia del tratamiento de aguas residuales. El estudio demostró que al aumentar la concentración de NPs-PS ocurría una disminución de la respiración endógena y de la reproducción de las bacterias, por lo que se veía afectado el rendimiento del proceso biológico de eliminación de materia orgánica.

La eliminación de nitrógeno y fósforo en las EDAR es un proceso muy importante. El nitrógeno (N) es un contaminante presente en las aguas residuales que debe ser eliminado por múltiples razones: reduce el oxígeno disuelto de las aguas superficiales, es tóxico para el ecosistema acuático, es un riesgo para la salud pública y junto al fósforo (P), son responsables del crecimiento desmesurado de organismos fotosintéticos (proceso de eutrofización). El nitrógeno llega principalmente a las aguas residuales en forma proteica o de urea que se oxida a nitrato (proceso de nitrificación). El proceso de desnitrificación es la segunda etapa de la eliminación del nitrógeno en las aguas residuales, donde previamente el nitrato es reducido a nitrito y posteriormente a nitrógeno gas. En un estudio del 2020 [14], se ha evidenciado que los microplásticos de poliéter sulfona (PES) han dado lugar a efectos negativos sobre las bacterias que efectúan procesos de nitrificación y desnitrificación en las aguas residuales, comprometiendo la calidad de la misma.

Por otro lado, también se encuentran algunos estudios sobre el efecto de MPs y NPs en el proceso biológico anaerobio. Varios autores investigaron la producción de metano durante la digestión anaeróbica con diferentes concentraciones de microplásticos (PES-PE-PS) [15,16,17]. Los resultados demostraron que la producción de metano se ve afectada por la presencia de pequeñas concentraciones de nanoplásticos (50 ppb). Además, en los reactores anaerobios se ha observado un cambio en la abundancia de las especies bacterianas presentes.

A continuación, se muestra una tabla que resume los efectos que pueden causar los MPs y NPs en el proceso biológico de una EDAR y las fuentes de consulta.

 Alteraciones provocadas por la presencia de microplásticos y nanoplásticos en los procesos biológicos de depuración de aguas residuales.

A fecha de hoy circulan diferentes ideas al respecto, pero lo que está claro es que, aunque algunos autores afirman que los daños causados no son muy relevantes, se podría afirmar que los MPs y NPs afectan el proceso bilógico (aerobio y anaerobio) de las EDAR causando problemas en algunas funciones de las bacterias, que conllevan a una mala calidad del agua tratada.

Es importante que se siga investigando para encontrar una solución al problema que los MPs y NPs podrían provocar en el futuro, tanto en el medioambiente como en la microflora de los procesos biológicos de tratamiento de las aguas residuales.

El grupo de Ingeniería Química de la Universidad de Alcalá (http://www3.uah.es/departamento_quimica_analitica_fisica_ingenieria/grupos_investigacion.htm), que participa en la red REMTAVARES (https://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/), investiga y desarrolla nuevos procesos biológicos y su integración en las EDAR para solucionar los problemas asociados a los contaminantes difíciles de eliminar.

Referencias

1. 1.      TOLEDO MARTINEZ, M. Á.; (2019). Revisión bibliográfica de los métodos de ánalisis de micro(nano) plásticos en el medio ambiente y la biota marina. Madrid. Trabajo Fin de Máster. Máster en Ciencia y Tecnología Química. Universidad Nacional de Educación a Distancia.
2. 2.      PINTO DA COSTA J.; DUARTE C.A; ROCHA SANTOS A.P.T.; (2017).  Microplastics- Occurence, Fate and Behaviour in the Enviroment en Characterization and Analisis of Microplastics; Vol.75 lugar pp1-pp20
3. https://www3.gobiernodecanarias.org/medusa/ecoblog/jgoysiv/files/2014/03/3o-ESO-apuntes-de-PLaSTICOS.pdf
4. PELÁEZ VILLA S. LLAMAS MOYA  J. M; (2020). Uso de la eletrocoagulación como alternativa para la eliminación de microplásticos presentes en las aguas residuales urbanas. Trabajo Fin de Máster. Máster en Gestión Sostenible y Tecnologiás del Agua. Escula Politenica Superior.
5. 5.      CASTELLANO-LOPEZ J.; OLMOS-ESPINAR S.; BAYO-BERNAL J.;(2020) Emergentes y ubicuos: microplásticos en aguas residuales y EDAR. Monitorización de cuatro EDAR en la Región de Murcia. Tecnoagua n 45.
6. 6.      SUN J., DAI X., WANG Q., VAN LOOSDRECHT C.M., NI B.J.; 2018. Microplastics in wastewater treatment plants: Detection, occurence and removal. Water Research 152, 21-37.
7. 7.      CARR A.S.; LIU J.; TESORO A.G.; (2016). Transport and fate of microplastics particles in wasternwater treatment plants. Water Research  91, 174-182.
8. 8.      ENFRIN M.; DUMÉE L.F.; LEE J.;(2019)Nano/microplastics in water and wastewater treatment processes – Origin, impact and potential solutions. Water Research Volume 16, 621-638.
9. 9.      YANG L.; LI K., CUI S., KANG Y. AN L., LEI K.,(2019). Removal of microplásticos in municipal sewage from China’s largest water reclamation plant. Water Research 155, 175-181.
10.  https://www.acueducto2.com/los-residuos-inadecuados-causan-un-atasco-cada-cinco-dias-en-el-alcantarillado/77617.
11. 11.  https://iambiente.es/2018/05/el-lado-oscuro-de-las-toallitas-humedas-estragos-al-medio-ambiente-y-sobrecostes-al-ciudadano/.
12. 12.  FENG L.J.; WANG J.J.; LIU S.C.; SUN X.D.; YUAN X.Z.; WANG S.G.; (2018). Role of extracellular polymeric substances in the acute inhibition of activated sludge by polystyrene nanoparticles. Enviromental Pollution 238, 859-865.[BEAK1] 
13. 13.  LI L.; GENG S.; LI Z.; SONG K.; (2019). Effect of microplastics on anaerobic digestion of wassted activated sludge. Chemosphere 247.
14. 14.  QIN R.; SU C.; LIU W.; TANG L.; LI X.; DENG X.; WANG A.; CHEN Z.; (2020). Effects of exposure to polyether sulfone microplastic on the nitrifying process and microbial community structure in aerobic granular sludge. BioresurceTechnology 302.
15. 15.  WEI W.; HUANG S.Q.; SUN J.; DAI X.; NI J.B.;(2019). Revealing the Mechanism of Polyethylene Microplastics Affecting Anaerobic Digestion of Waste Activade Sludge.
16. 16.  WEY W.; HAO Q.; CHEN Z.; BAO T.; NI J.B.; (2020) Polystyrene nanoplastics reshape the anaerobic granular sludge for recovering methane from wastewater. Water Research 182.
17. 17.  LI H.; XU S.; WANG S.; YANG J.;YAN P.; CHEN Y.; GUO J.; FANG F.: (2020). New insight into the effect of short-term exposure to polystyrene nanoparticles on activated sloudge performance. Journal of Water Process Engineering 38.
18. 18.  ALVIM B.C.; CASTELLUCCIO S.; FERRER-POLONIO E.; BES-PIÁ M.A.; MENDOZA-ROCA J.A.; FERNÁNDEZ-NAVARRO J.; ALONSO J.L.; AMORÓS I. (2020). Effects of polyethylene microplasticson activate sludge process accumulation in the sludge and influence on the process and on biomass characteristic. Journal Pree-proof.