INVESTIGADORES DE LA UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS CONSIGUEN ELIMINAR LOS FÁRMACOS PRESENTES EN UN AGUA RESIDUAL HOSPITALARIA REAL MEDIANTE UN TRATAMIENTO BIOLÓGICO IN-SITU
«Un cultivo mixto fúngico y bacteriano inmovilizado en contactores biológicos rotativos (CBR o comúnmente llamados biodiscos) hechos de madera ha permitido eliminar la carga orgánica y la mayoría de los microcontaminantes farmacéuticos presentes un agua residual hospitalaria real. Los resultados mostraron que el tratamiento fue estable y reproducible en dos sistemas-CBR en paralelo que operaron durante 75 días con un bajo tiempo de residencia hidráulico (1 día), evidenciando el potencial de esta tecnología biológica como pretratamiento compacto de las aguas residuales hospitalaria antes de su vertido al colector municipal.
Ana Cruz del Álamo-Grupo de Ingeniería Química y Ambiental – URJC
Las aguas residuales procedentes de los hospitales son una de las principales fuentes de contaminantes farmacéuticos presentes en las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas. Esto se debe a que, actualmente, dichos efluentes hospitalarios no están sujetos a ninguna legislación que regule su vertido, basando su disposición final en diluirlos con las aguas urbanas en los colectores municipales. Desafortunadamente, las plantas de depuración de aguas residuales no están diseñadas para eliminar los residuos farmacológicos en disolución acuosa de forma efectiva, haciendo que lleguen a los ecosistemas acuáticos naturales.
En los últimos años, numerosas tecnologías de carácter físico, químico y biológico han sido planteadas como tratamiento in-situ y descentralizado de dichas aguas residuales hospitalarias. Entre ellas, los hongos ligninolíticos han mostrado resultados prometedores para la eliminación de una amplia gama de contaminantes bio-recalcitrantes, incluidos los fármacos [1, 2, 3]. Sin embargo, a pesar del buen desempeño de estos microorganismos, se han identificado varias limitaciones para el tratamiento de aguas residuales reales ya que los trabajos publicados suelen operar bajo condiciones de laboratorio que dificultan su posterior aplicación a escala real, como mantener control de la temperatura y oxígeno disuelto, imponer condiciones de estériles en el inóculo biológico o en el agua de entrada al reactor, fijar tiempos de retención hidráulica elevados entre 3 y 7 días, incluir aditivos en la composición inicial de las aguas residuales hospitalarias para favorecer el crecimiento de la biomasa de las características deseadas en el reactor biológico o planificar reemplazos periódicos de la biomasa del reactor por biomasa externa, para mantener la actividad del sistema.
Considerando el contexto expuesto anteriormente, denle el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos se ha estudiado la utilización de hongos ligninolíticos de podredumbre blanca para el tratamiento de aguas residuales hospitalarias en la eliminación de microcontaminantes emergentes de tipo farmacéutico utilizando una tecnología que opere bajo condiciones que permita un escalado y aplicación posterior a escala real. Esta tecnología se basa en un sistema de biodiscos hechos de madera como el que se muestra en la Figura 1. La madera actúa como soporte evitando desestabilización de la biomasa fúngica por la proliferación de especies bacterianas en condiciones no estériles, y como sustrato carbonoso para incentivar su crecimiento y actividad. El estudio se realizó con un agua residual hospitalaria procedente del colector principal de un hospital situado al sur de la Comunidad de Madrid. El tratamiento se llevó a cabo en dos unidades como las mostradas en la Figura 1, que trabajaron en paralelo, permitiendo estudiar la reproducibilidad del proceso.
Fig. 1. Contactores biológicos rotativos de madera a escala laboratorio
Los biodiscos estuvieron funcionando durante más de dos meses (75 días), operando con un tiempo de residencia hidráulico de 1 día, sin control de temperatura o de oxígeno, sin la adición de aditivos a la corriente residual de entrada a los reactores, y sin sustituciones parciales de biomasa en los reactores por inóculo fresco. Los resultados obtenidos indican una elevada capacidad del tratamiento para reducir la carga de carbono orgánico total (COT) y fósforo en forma de fosfatos (P-PO43-) superior al 78 y 73 Sin embargo, lo más relevante es que se alcanzaron elevadas tasas de eliminación de los 19 compuestos residuales farmacéuticos detectados en el agua, superiores al 80% para 8 de ellos. En particular, es de destacar los valores obtenidos para los grupos mayoritarios presentes en estas aguas como los antibióticos con eliminaciones prácticamente completas de amoxicilina, azitromicina, sulfametoxazol y metronidazol (92, 97,8 y 90% respectivamente), y los analgésicos/antiinflamatorios, como el ibuprofeno (100%).
Durante los 75 días de tratamiento del agua residual hospitalaria, también se llevó a cabo la caracterización periódica de las comunidades microbianas en ambos biorreactores. Los análisis de qPCR y metagenómica de la biopelícula formada sobre los biodiscos de madera evidenciaron el desarrollo de un cultivo mixto fúngico/bacteriano en equilibrio y evolución durante los 75 días de tratamiento. Durante los 75 días de tratamiento hubo presencia del hongo de podredumbre blanca Trametes versicolor, inoculado inicialmente en los reactores, junto con otras especies fúngicas típicamente encontradas en los procesos de degradación natural de la madera (Coniochaeta, Exophiala y Apiotrichum dentro de la clase de Ascomicetos y Trametes versicolor dentro de la clase de los basidiomicetos). Asimismo, las condiciones no estériles de las aguas residuales hospitalarias promovieron la proliferación y convivencia de comunidades fúngicas y bacterianas características de los microorganismos autóctonos de las aguas residuales hospitalarias.
Por tanto, la inmovilización de hongos ligninolíticos en contactores biológicos rotativos de madera se presenta como una solución tecnológica aplicable como tratamiento in-situ de aguas residuales hospitalarias, reduciendo significativamente la carga de microcontaminantes emergentes de tipo farmacéutico, y superando los inconvenientes típicos de los tratamientos biológicos fúngicos como la renovación parcial de biomasa o la adición de fuentes suplementarias de carbono y nitrógeno biodegradables para favorecer el predominio de hongos, el suministro de aire exterior o el control de la temperatura [4].
Bibliografía
[1] Mir-Tutusaus, J. A., Baccar, R., Caminal, G., Sarrà, M. (2018). Water Research, 138, 137–151.
[2] Cruz del Álamo, A., Pariente, M.I., Vasiliadou, I., Padrino, B., Puyol, D., Molina, R., Martínez, F. (2018). Environmental Science and Pollution Research 25, 34884-34892.
[3] Cruz del Álamo, A., Pariente, M.I., Molina, R., Martínez, F. (2020). Water Research 170, 25, 115313.
[4] Cruz del Álamo, A., Pariente, M.I., Molina, R., Martínez, F. (2022). Journal of Hazardous Materials 425, 128002.